A neuromorfikus számítógépek fejlesztésének célja az, hogy megoldják a jelenleg használatban lévő, Neumann-architektúra szerint felépülő gépek problémáit, amit elsősorban a teljesítmény-sebesség-memória limitek jelentenek és amelyet egy másfajta elrendezésű rendszerrel igyekeznek javítani. A Neumann János által 1945-ben leírt számítógépes modell az elmúlt időkben jól működő rendszert jelentett a különböző feladatok elvégzésére és a memória plusz vezérlőegység párosa miatt Turing-teljes is, ami azt jelenti, hogy elméletben bármilyen számítási problémára meg tudja keresni a helyes választ, persze a memória és idő határai miatt a gyakorlatban ez nem mindig teljesül, de a szakértők a mesterséges intelligencia korában már ennél gyorsabb és energiahatékonyabb módszerek után kutatnak.

A neuromorfikus struktúra újdonsága, hogy a memóratárolást és a feladatvégzést egy helyen valósítja meg , vagyis nem szekvenciális módon működik,

emiatt ahhoz hasonló megoldást nyújt, mint az emberi agy, csak jóval egyszerűbb változatban.

A neuromorfikus számítógépek fontos összetevője a memrisztor, ami a szinapszisok mesterséges mását testesíti meg. A memrisztorok elektronikus egységek, amelyekben az információtárolás az ellenállás révén valósul meg és az ellenállásuk programozható. A memrisztorok emlékeznek múltbeli állapotukra, így memóriaeszközként is funkcionálnak és nagy stabilitással bírnak. Az első verziójukat 2007-ben készítették el, bár elméleti leírásuk már évtizedekkel korábban megszületett, de az első és az utána következő eszközök is szilárd struktúrák voltak - a legelső változatot egy titán-dioxid film alkotta platinum elektródák közé ágyazva. A memrisztorok legfrissebb generációja viszont már nem csak működési elvben, hanem más tekintetben is jobban hasonlít a természetes szinapszisokra, konkrétan folyékony hozzávalókat is tartalmaz, akárcsak az emberi agy.

A folyadék alapú memrisztorokban a szinapszisok információközvetítését szimuláló folyamatok ionok segítségével válnak valóra, ehhez az ionok koncentrációjának változása adja az alapot. Az iontronikus memrisztorok fő eleme egy miniatűr, tölcsér formájú csatorna, amiben többek között vízből és sóból álló oldat található, ebben az oldatban pedig az ionok elhelyezkedése nem egyenletes, hanem a kapott elektromos impulzus hatására egyik pólustól a másikig vándorolnak és koncentrációjuk az impulzus erejétől függően változik.

Az intenzitás függvényében változó vezetőképesség a neuronok közti kapcsolódás mintázatát képezi le, ami az agyban a szinapszisok által jön létre.

A bemeneti impulzus mérhető reprezentációját a vezetőképesség módosulásának szintje jelzi - magyarázza az Utrechti Egyetem, amelynek kutatói dél-koreai szakértőkkel együtt fejlesztették ki az új eszközt.

A vizet és sót tartalmazó berendezés ahhoz hasonló közvetítő médiumot alkalmaz a számítások során, mint a biológiai agy, emiatt a kutatók szerint nagyobb eséllyel közelítheti meg annak hatékony és gazdaságos üzemelési módját. Az agy által inspirált számítási egység egy agy által inspirált, folyadékalapú közvetítő közegben jelentős lépést jelent az olyan számítási eszközök felé, amelyek úgy viselkednek, mint az agy- foglalják össze a kísérlet eredményét az eszközről szóló tanulmányban, hozzátéve, hogy a folyékony ioncsatornák megfelelően emulálják az agy “vizes dinamikáját”. A memrisztorok az úgynevezett reservoir computing részét képezhetik, ami egy RNN (recurrent neural network) alapú gépi tanulási keretrendszert jelent.

A most megalkotott modell még kezdetleges és további fejlesztésekre szorul, de a neuromorfikus számítási architektúrák fontos része lehet majd a későbbiekben. Az agyhoz hasonló működési elvű rendszerek létrehozása a kutatók szerint az energiával való hatékonyabb gazdálkodás elősegítése miatt lényeges, mivel a jelenleg használatban lévő számítógépek fogyasztása exponenciálisan növekszik és ez nem fenntartható állapotokhoz vezet hamarosan.

(Fotó: Utrecht University, ktsimage/Getty Images)

Mini agy az agyban - emberi módon tanul, működik és emlékezik a számítógépes eszköz Hányszor hagyjuk el a kulcsunk, felejtjük el a neveket és keverünk össze adatokat az életünk során, mégis az emberi agy a leghatékonyabb és leggazdaságosabb számítási eszköz, amelyhez hasonlót még nem sikerült építeni. Működését azonban megpróbálják utánozni a legújabb tranzisztorokban.