Araştırmacılar, beynin sıradan olanı görmezden gelerek yalnızca beklenmedik olaylara tepki verme şeklini taklit eden minyatür bir elektronik çip geliştirdiler.
Kafatasının tabanındaki refleks merkezi olan serebellumdan esinlenerek tasarlanan bu cihaz, anormal kalp atışlarını neredeyse belirdiği anda tespit edebildi.
Bu işlem sırasında, aynı işi yapmak için günümüzdeki yapay zekanın kullandığı hesaplama adımlarının onda birini kullandı. Bu verimlilik, sürekli çalışan sağlık izleme cihazlarının, otonom araçların ve bataryayı tüketmeden veya uzak veri merkezlerine bağlı kalmadan anında tepki vermesi gereken diğer sistemlerin geliştirilmesini sağlayabilir.
Beynin Refleks Merkezi
Beyin benzeri bilgisayarlar oluşturma çabalarının çoğu, akıl yürütme, hafıza ve dil işlevlerinden sorumlu olan beyinin dış katmanı olan serebrum üzerine odaklanmaktadır. Ancak bu ekip farklı bir hedefe yöneldi. Serebellum, dengeyi ve refleksleri neredeyse hiç bilinçli çaba harcamadan kontrol eder ve bunu da oldukça verimli bir şekilde yapar.
Northwestern Üniversitesi’ndeki Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nün Walter P. Murphy Profesörü olan Hersam, bu çalışmanın ortak liderlerinden biriydi. Hersam, serebellumu “beklenmeyeni görmezden gelmede ustalık” gösteren bir yapı olarak tanımladı. Beklenmeyeni görmezden gelmek, donanım için neredeyse hiç maliyet getirmez.
Sinir sistemini taklit eden çipler, genellikle beynin ham işlem gücünü hedef alır. Bu tasarım ise daha nadir bulunan bir şeyi, yani beynin tasarruflu yapısını taklit eder ve bu fark, enerji tüketiminde önemli bir düşüşe yol açar.
Enerji İsrafını Azaltmak
Modern sistemler, beyinlerin aksine amansızdır. “Günümüzdeki yapay zeka, desenleri tanımada oldukça başarılı olsa da, genellikle büyük miktarda işlem gücü harcayarak sürekli olarak veri akışlarını analiz eder,” dedi Hersam.
Bir kamera veya bir kalp monitörü, hiçbir değişiklik olmasa bile her kareyi veya atışı tam güçte işleyebilir. Bu durum, Apollo görevleri gibi uzay keşiflerinin getirdiği teknolojik ilerlemelerle karşılaştırılabilir; o zamanlar bile, en ufak bir hatanın kabul edilemez olduğu durumlarda bile verimlilik ve güvenilirlik ön plandaydı.
Yeni Cihazın İç Yapısı
Bu çip, birkaç atom kalınlığındaki bir yarı iletken malzemeden yapılmıştır. Araştırmacılar, elektrotlarını merkezden kaydırarak, bunlardan birinin yarı iletken malzeme ile ince bir yalıtım katmanı üzerinden örtüşmesini sağladılar. Bu küçük asimetri, cihaz içindeki akışın nasıl gerçekleştiğini değiştirdi.
Uygulanan voltajın yönünü değiştirmek, çipin davranışını da değiştirir. Bir modda, bu çip bir uyarıcı sinir bağlantısı gibi davranır; uygulanan sinyalin süresi arttıkça tepkisi de artar. Voltajı tersine çevirdiğinizde ise, inhibisyon (engelleme) görevi görür; başlangıçta güçlü bir yanıt verir ve ardından hızla azalır.
Beynin Dengesi
Beyin sapındaki küçük beyin (cerebellum), normalde uyarıcı ve engelleyici sinyallerin birbirini dengeleyerek sabit bir durumda tuttuğu bir yapıdır; ancak beklenmedik bir durum bu dengenin bozulmasına neden olur. Bu çip, tam olarak bu “çekişme” durumunu yeniden yaratır.
Tanıdık bir sinyal tekrarlandığında, iki mod arasındaki denge korunur ve cihaz neredeyse hiç tepki vermez; ancak yeni bir şey geldiğinde, bu denge bozulur ve cihaz reaksiyon gösterir. Beyin görüntüleme çalışmaları, insan beyninin beklenmedik duyusal olaylara nasıl tepki verdiğini göstermiştir; bu çip de tam olarak bu tür sinyalleri algilemek için tasarlanmıştır.
Anormallikleri Tespit Etme
Bu fikrin işe yarayıp yaramadığını test etmek için, ekip çipe gerçek bir elektrokardiyogram (EKG) kaydı besledi; yani kalp atışlarının elektriksel izlerini kullanarak, normal atışları tehlikeli aritmilerle karıştırdılar. Bu durum, 1960’larda geliştirilen ilk başarılı kalp pili teknolojisini hatırlatmaktadır; o zamanlar da elektrik sinyallerinin kalbin ritmini düzenleme potansiyeli keşfedilmişti.
Cihaz, düzenli ritmi büyük bir tepki vermeden geçirdi. Ancak düzensiz bir vuruş geldiğinde, çi̇p bu vuruşu, o vuruşun bile bitmediği anda, tek bir kalp atışının beş’te biri kadar kısa bir sürede tespit etti.
Aynı görevi yerine getiren geleneksel silikon sistemlere kıyasla yaklaşık 10.000 kat daha az işlem gerçekleştirerek %98’in üzerinde doğruluk oranına ulaştı.
“Beyin sapı ilhamlı memtransistörümüz, kalp atışının sonlanmasından bile önce düzensiz bir kalp atışını saniyeden kısa bir sürede tespit etti” dedi Hersam.
Cihazın hızı, standart yapay zekaya göre iki kat daha hızlı. İşlemlerin doğrudan çip üzerinde gerçekleştiği için, verilerin buluta gönderilmesine ve yanıt beklenmesine gerek kalmıyor.
Tehlikeli kalp ritimleri saniyeler içinde ölümcül duruma dönüşebilir; bu nedenle hızlı tespit kritik öneme sahiptir. Bu durum, 1960’ların sonlarında geliştirilen ilk implant edilebilir kalp pilinin (PACE) gelişimine benzer bir dönüm noktasıdır. O zamanlar, kalp ritimlerini izlemek ve gerektiğinde elektrik darbeleriyle düzeltmek mümkün hale gelmişti.
Bir atışta sorunu tespit edebilen ve sunucuya yükleme yapıp yanıt beklemeye gerek kalmayan bir monitör, yardımı daha erken sağlayabilir.
Bu teknolojinin potansiyel uygulamaları
Elektrik tüketimi, bu teknolojinin önemli avantajlarından biri. Bir rapora göre, dünya çapındaki veri merkezlerinin enerji tüketimi 2030 yılına kadar büyük ölçüde artacak; bunun başlıca nedeni yapay zeka uygulamalarının yaygınlaşması.
Daha fazla işlemin, daha az enerji tüketen çipler üzerinde gerçekleştirilmesi, elektrik şebekesi üzerindeki yükü azaltabilir. Bu durum, 1970’lerde ortaya çıkan ilk mikroişlemcilerin (Intel 4004 gibi) bilgisayar teknolojisinde devrim yaratmasına benzer bir potansiyele sahiptir.
Bugüne kadar beyin ilhamlı çipler genellikle verileri daha hızlı veya daha ucuza sınıflandırmaya yönelikti. Ancak bu çi̇p, cihazın beklenmedik durumları kendi başına ve gerçek zamanlı olarak, çok az enerji kullanarak tespit edebildiğini gösteriyor.
Bu, sürekli olarak izleyip yalnızca bir sorun tespit ettiklerinde alarm veren sensörlerin geliştirilmesinin önünü açıyor. Bu durum, 1980’lerde ortaya çıkan ilk cep telefonlarının (Motorola DynaTAC gibi) mobil iletişimde getirdiği kolaylığa benzer bir potansiyele sahip.
Çi̇pin öğrenmesini sağlamak
Hersam ve ekibi şu anda beyin sapının yalnızca bir bölümünü kopyalamış durumda.
Sonraki aşamada, araştırmacılar çi̇bin öğrenmesini istiyorlar. Eğer çi̇p aynı olayı yeterince sık karşılaşıyorsa, artık onu sürpriz olarak görmeyi bırakacak; tıpkı beynin tanıdık sesleri duymazdan gelmeyi öğrenmesi gibi.
Beyin Taklit Projesi: Yeni Bir Başlangıç
Hersam, “Serabellum sinir devresinin sadece bir bölümünü gösterdik, ancak henüz taklit etmediğimiz daha fazla şey var” dedi.
Şu anda, araştırmacılar, bir bilgisayarın, dünyanın beklenen davranıştan farklı davrandığını fark etme konusunda beyindeki yeteneği nasıl kullanabileceğini göstermeyi başardılar. Bu çalışma, yapay zeka alanında önemli bir adım olarak değerlendiriliyor ve gelecekte daha karmaşık sistemlerin geliştirilmesine olanak sağlayabilir.
Bu araştırma, beyin taklit teknolojilerindeki ilerlemelerin, örneğin, Apollo görevleri sırasında kullanılan bilgisayar sistemlerinin karmaşıklığına kıyasla ne kadar yol kat edildiğini gösteriyor. O zamanlar, sınırlı işlem gücüyle çalışan bilgisayarların üstesinden gelen mühendisler ve bilim insanları, bugün yapay zeka alanında benzer zorluklarla karşılaşıyor ve beyin taklidi gibi yöntemlerle daha verimli çözümler arıyor.
Çalışma, adlı dergide yayınlandı.
Bizi , tarafından geliştirilen ücretsiz bir uygulama aracılığıyla keşfedin ve Earth.com’u ziyaret edin.
Kaynak: Earth