Mühendisler “brain-on-a-chip” donanım için yapay sinaps tasarladı!

Brain On A Chip

Sinapsların fonksiyonu nedir? Beynimizde yaklaşık 100 milyar nöron bulunmaktadır. Herhangi bir anda, tek bir nöron, nöronlar arasında nörotransmitterlerin değiş tokuş edildiği sinapslar vasıtasıyla talimatları binlerce başka nörona iletebilir. Beyindeki nöron sinyalizasyonuna aracılık eden, bazı bağlantıları güçlendiren, beynin kalıpları tanımasını, gerçekleri hatırlaması ve yıldırım hızlarında diğer öğrenme görevlerini yerine getirmesini sağlayan bir süreçtir. Bu süre.te 100 trilyonun üzerinde sinaps rol oynakmaktadır.

Gelişmekte olan “nöromorfik bilgi işlem” alanındaki araştırmacılar insan beyni gibi çalışan bilgisayar çiplerini tasarlamaya çalışmaktadırlar. Dijital çiplerin bugün yaptığı gibi, ikili, açma / kapama sinyalizasyonuna dayanan hesaplamalar yapmak yerine, “çip üzerinde beyin” unsurları, analog bir şekilde çalışacak, sinyallerin gradyanını değiş tokuş edecek veya “ağırlıkları” değiştirecek ve sinaps boyunca akan iyonların türüne ve sayısına bağlı olarak çeşitli şekillerde aktive olan nöronları tanımlar.

Bu şekilde, küçük nöromorfik çipler, beyin gibi, şu anda yalnızca süper bilgisayar bankalarında mümkün olan milyonlarca paralel hesaplama akışını etkin bir şekilde işleyebilir. Ancak bu taşınabilir yapay zekaya giden yolda önemli bir sıkıntı olarak nöral sinapslar olmuştur ve bu donanımda yapılması dolayısıyla çok zor olmuştur. Şimdi MIT’teki mühendisler, nöronlar arasındaki iyonların akışına benzer şekilde, üzerinde akan bir elektrik akımının gücünü tam olarak kontrol edebilecekleri şekilde yapay bir sinaps tasarladı.

Ekip, silisyum germanyumdan yapılmış yapay sinapslarla küçük bir çip inşa etti. Simülasyonlarda, araştırmacılar çipin ve sinapslarının el yazısı örneklerini yüzde 95 doğrulukla tanımak için kullanılabileceğini buldular. Nature Materials dergisinde bugün bir tasarım yayınlandı. Bu, model tanıma ve diğer öğrenme görevlerinde kullanılmak üzere taşınabilir, düşük güçlü nöromorfik çipler oluşturma yönündeki atılmış bir adım olmuştur.

Çok fazla yol

Çoğu nöromorfik çip tasarımı, bir “anahtarlama ortamı” ya da sinaps benzeri alanla ayrılmıştır. İki iletken katmanı kullanarak nöronlar arasındaki sinaptik bağlantıyı taklit etmeye çalışır. Bir voltaj uygulandığında iyonlar, bir sinapsın “ağırlığının” nasıl değiştiği gibi, iletken filamentler oluşturmak için anahtarlama ortamında hareket etmelidir. Ancak mevcut tasarımlarda iyon akışını kontrol etmek zor oluyordu.

Yazma, tanınmış

Son bir test olarak, Kim’in ekibi, gerçek öğrenme görevlerini yerine getirmek için cihazının nasıl çalıştığını araştırdı. Özellikle araştırmacılar nöromorfik çipler için ilk pratik test olarak düşünen el yazısı örneklerini tanımaya çalıştılar. Bu tür çiplerin, her biri, filament temelli yapay sinapslar aracılığıyla diğer “nöronlara” bağlanan “girdi / gizli / çıktı nöronlarından” oluşacaktı. Bilim adamları, bu sinir ağları yığınlarının “öğrenmek” üzere yapılabileceğine inanmaktaydılar. Örneğin, el yazısıyla ‘1’ olan bir girdiyi ‘1’ olarak etiketleyen bir çıktıla beslendiğinde, belirli çıkış nöronları giriş nöronları tarafından aktive edilecekti. El yazısıyla yazılmış ‘1’lerin daha fazla örneği aynı çipin içine beslendiğinde, aynı çıktı nöronları, aynı harfteki farklı örnekler arasındaki benzer özellikleri algılayarak beyindeki işle benzer bir şekilde “öğrenirken” harekete geçirilebilirdi.

Kaynak

http://news.mit.edu/2018/engineers-design-artificial-synapse-brain-on-a-chip-hardware-0122