Komputery oparte na żywych neuronach zasilane ułamkiem energii

Komputery oparte na żywych neuronach stanowią ostateczną odpowiedź na gigantyczne zapotrzebowanie energetyczne sztucznej inteligencji.

.Szybki rozwój algorytmów analitycznych napotyka obecnie na fundamentalną barierę infrastrukturalną w postaci gigantycznego zapotrzebowania na prąd. Przemysł informatyczny już dzisiaj odpowiada za zauważalną część globalnej emisji gazów cieplarnianych, a proces trenowania modeli generatywnych pochłania zasoby porównywalne z zapotrzebowaniem średniej wielkości państw. Zespół inżynierów z Uniwersytetu Princeton zaprezentował innowacyjne maszyny obliczeniowe łączące krzem z prawdziwą biologiczną tkanką. Komputery oparte na żywych neuronach pozwalają na wykonywanie złożonych operacji matematycznych przy absolutnie znikomym ułamku mocy niezbędnej dotychczas do utrzymania klasycznych serwerów.

Trójwymiarowe rusztowanie dla ożywionej materii

.Próby wykorzystania komórek nerwowych do skomplikowanych operacji obliczeniowych nie są w nauce zjawiskiem całkowicie nowym. Dotychczasowe eksperymenty w tej fascynującej dziedzinie opierały się głównie na hodowlach w płaskich szalkach Petriego lub formowaniu trójwymiarowych grudek materii badanych wyłącznie z zewnątrz przy użyciu nieporęcznych i wysoce nieprecyzyjnych sond laboratoryjnych. Opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Electronics wyniki badań naukowców z Princeton dowodzą skuteczności całkowicie odmiennego podejścia architektonicznego do tego wymagającego problemu.

Amerykańscy inżynierowie pod kierownictwem profesora Jamesa Sturma zbudowali mikroskopijną siatkę technologiczną z najcieńszych na świecie metalowych przewodników i elektrod. Całą tę delikatną strukturę powleczono dodatkowo wysoce elastyczną warstwą żywicy epoksydowej, która idealnie dopasowała się do wymagań miękkiej materii komórkowej. Metalowa konstrukcja posłużyła jako fizyczne rusztowanie pozwalające wyhodować wysoce zintegrowaną, żywą sieć liczącą kilkadziesiąt tysięcy reagujących komórek zdolnych do realizowania skomplikowanych kalkulacji.

Żywe algorytmy zamknięte w ludzkiej tkance

.Głęboka integracja fizycznej aparatury pomiarowej z materią ożywioną zapewniła uczonym bezprecedensową w historii skuteczność rejestrowania i stymulowania impulsów elektrycznych wewnątrz hodowli. Przez ponad sześć miesięcy międzynarodowy zespół badawczy rygorystycznie kontrolował stabilny rozwój systemu, analizując wszystkie zachodzące w nim naturalnie połączenia synaptyczne. Naukowcy eksperymentowali z innowacyjnymi metodami celowego wzmacniania oraz sztucznego osłabiania poszczególnych węzłów komunikacyjnych, co pozwoliło im na fizyczne rzeźbienie połączeń nerwowych przypominające programowanie maszyny cyfrowej.

Ostatecznym i najbardziej wymagającym sprawdzianem dla technologii okazało się wytrenowanie biologicznego algorytmu do rozpoznawania konkretnych sygnałów pochodzących ze świata zewnętrznego. Tkanka w laboratoryjnym szkle bezbłędnie rozróżniła zadane przez komputer przestrzenne oraz czasowe wzorce impulsów, dowodząc tym samym swojej bezsprzecznej przydatności analitycznej. System poprawnie zinterpretował pary sygnałów, funkcjonując jak tradycyjna maszyna ucząca się w czasie rzeczywistym.

Biologiczna alternatywa dla ogromnych serwerowni

.Projekt stworzony początkowo wyłącznie jako narzędzie do zgłębiania fundamentalnych tajemnic neurobiologii może obecnie stanowić optymalną odpowiedź na kryzys sprzętowy generowany przez wiodące korporacje technologiczne. Utrzymanie obecnych systemów cyfrowych opartych całkowicie na tradycyjnej architekturze krzemowej wymaga stałej budowy potężnych elektrowni oraz zużywania ogromnych ilości wody niezbędnej do efektywnego chłodzenia przegrzewających się procesorów i układów graficznych w centrach danych.

Główny autor badania Kumar Mritunjay szacuje zapotrzebowanie energetyczne ludzkiego umysłu na zaledwie jedną milionową mocy uciekającej na zasilenie odpowiadających mu krzemowych maszyn sztucznej inteligencji. Zastąpienie plastiku powtarzalnymi i bezpiecznymi w hodowli strukturami organicznymi otwiera przed światem inżynierii drogę do szybkiego stworzenia superkomputerów wolnych od twardych ograniczeń współczesnej i niezwykle kosztownej energetyki. Równolegle ten przełomowy wynalazek dostarczy wkrótce współczesnej medycynie niezbędnych narzędzi diagnostycznych do skutecznego badania oraz leczenia niezwykle groźnych, dziedzicznych schorzeń degeneracyjnych mózgu.

Szymon Ślubowski