Descoperirea unei noi tehnologii ar putea permite computerelor să îndeplinească sarcini complicate mult mai rapid și precis, utilizând în schimb mult mai puțină electronică, iar acest lucru se datorează unui nou dispozitiv microeletronic ce poate programa și reprograma, la cerere, hardware-ul unui computer, folosind doar impulsuri electrice. Așadar, poate te-ntrebi ce s-ar întâmpla dacă un computer ar învăța cum să își reconecteze circuitele pe baza informațiilor pe care le primește – la asta a încercat să răspundă proiectul (publicat în prestigioasa revistă Science) în care au colaborat mai multe instituții de domeniu, al cărui rezultat a fost crearea unui material care poate fi utilizat pentru a fabrica cipuri de calculator care pot face exact acest lucru.
Cipul reușește să facă acest lucru prin utilizarea așa-numitelor „circuite neuromorfice” (en. neuromorphic circuitry) și a arhitecturii specifice unui calculator, reproducând în cele din urmă funcțiile creierului. „Creierul uman se schimbă în permanență, în principal ca urmare a învățării unor lucruri și deprinderi noi”, a declarat Subramanian Sankaranarayanan, co-autor al lucrării. „Noi am creat un dispozitiv cu ajutorul căruia mașinăriile electronice [calculatoarele] își pot reconfigura circuitele într-un mod asemănător cu cel al creierului”. Cu cipurile care imită modul în care funcționează creierul uman, computerele bazate pe inteligență artificială ar putea îndeplini sarcini dificile mult mai rapid și precis, folosind aceeași cantitate de energie.
Totuși, pentru a da un exemplu puțin mai futurist, mașinile autonome și roboții din spațiu și-ar putea reconfigura circuitele în funcție de experiențele „deja trăite”, ceea ce înseamnă nu doar o nouă metodă de învățare (pe lângă cele presupuse deja de inteligența artificială), ci chiar un nou domeniu de activitate, chiar dacă sună a scenariu science-fiction. Evident, nimic nu ar trebui să ne mai surprindă, din moment ce se înregistrează din ce în ce mai multe progrese în aceste domenii nișate, încă inaccesibile și greu de înțeles de către majoritatea oamenilor. Inteligența artificială este un domeniu deosebit de complex, efervescent, care, la rândul său, este alcătuit din numeroase subdomenii specifice, fiecare ocupându-se de un anumit aspect.
Materialul esențial din noul dispozitiv a fost realizat dintr-un amestec în raport specific de neodim, nichel și oxigen și este denumit nichelat perovskit (NdNiO3). Funcțiile integrate sunt sinapsa artificială, neuronul artificial, condensatorul și rezistorul. Condensatorul stochează și eliberează curentul electric, iar rezistorul este cel care îl blochează, asta pentru a schimba conductivitatea electrică, în timpul manipulării, a materialului anorganic. Ionii de hidrogen (H+) din nichelat dau undă verde uneia dintre cele patru funcții, în raport cu diferitele tensiuni aplicate (la nivelul electrozilor de paladiu și aur plasați în stânga și dreapta). Materialul respectiv a fost „infuzat” cu hidrogen și, ulterior, i-au fost atașați electrozi care permit astfel aplicarea de impulsuri electrice la diferite tensiuni.
„Variabilele care definesc proprietățile electrice ale materialului sunt reprezentate de cât de mult hidrogen se află în nichelat și, de asemenea, locul exact în care se află acesta”, a declarat Sankaranarayanan, adăugând că „locația și concentrația acestuia pot fi schimbate prin aplicarea de diferite impulsuri electrice”. Co-autorul lucrării, Hua Zhou, fizician la Argonne, a adăugat că „acest material are o personalitate cu multe straturi”, făcând aluzie atât la versatilitatea sa cât și la faptul că, într-adevăr, este realizat din mai multe straturi. „Are cele două funcții obișnuite ale electronicii clasice – pornirea și blocarea curentului electric, precum și stocarea și eliberarea de electricitate”.
Însă ceea ce este cu adevărat autentic, poate chiar frapant, este adăugarea celor două funcții similare comportamentului separat al sinapselor și al neuronilor din creier. După cum probabil știți, un neuron este o celulă nervoasă, iar sinapsa reprezintă interconexiunea dintre doi neuroni. Echipa de cercetători de la Argonne a realizat caracterizarea computațională și experimentală a ceea ce se întâmplă în dispozitivul de nichelat (cipul) în urma aplicării a diferite tensiuni electrice. Rezultatele experimentului demonstrează că simpla modificare doar a tensiunii controlează mișcarea ionilor de hidrogen în interiorul nichelatului, ceea ce duce la rezultate diferite în funcție de intensitatea aplicată.
Aplicarea unui anumit voltaj concentrează hidrogenul în centrul cipului, generând astfel un comportament asemănător cu cel al neuronilor (mediatorii chimici care se concentrează la nivelul fantei sinaptice, „spațiul fizic” dintre sinapsele a doi neuroni). O tensiune diferită transferă hidrogenul din centru către un anumit electrod (ceea ce, bineînțeles, se întâmplă și în timpul sinapsei neuronale). La tensiuni și mai diferite, locațiile și concentrațiile de hidrogen rezultate determină curenții responsabili de pornirea și oprirea cipurilor de calculator. „Calculele noastre au dezvăluit cum are loc un mecanism la nivel de scară atomică, însă este vorba de foarte multă muncă în spate, de sute de ore de cercetare și documentare”, a declarat Sukriti Manna, cercetător la Argonne.
„De-a lungul anilor, am avut parteneriate foarte productive și benefice cu multe grupuri de cercetare”, a declarat Zhou. Într-adevăr, rezultatele lucrării de față se datorează sinergiei dintre mai multe instituții și echipe de cercetători. „Aici, echipa [Universității Purdue] a determinat cu exactitate modul în care atomii se aranjează în interiorul nichelatului în urma aplicării diferitelor tensiuni. Deosebit de importantă a fost urmărirea răspunsului materialului la scară atomică, pentru a putea înțelege întocmai modul în care se mișcă ionii de hidrogen”. Cu ajutorul unui astfel de dispozitiv, oamenii de știință vor încerca să creeze o rețea de neuroni și sinapse artificiale care ar putea învăța pe baza experiențelor și, implicit, chiar raționa diferite circumstanțe și modele de acțiune.
Această „rețea de învățare” ar putea fi stimulată sau chiar inhibată pe măsură ce i s-ar prezenta informații noi, putând astfel funcționa cu eficiență energetică maximă. Bineînțeles, eficiența energetică se traduce prin costuri operaționale mai mici, întrucât consumul de energie, la nivel mondial, a crescut enorm în ultimele decenii – impactul asupra mediului înconjurător este evident și, din păcate, nu doar că avem nevoie de noi modalități prin care să putem produce energie (micșorând, în același timp, impactul asupra mediului), ci și de noi tehnologii care ar putea fi susținute în a da același randament, consumând în schimb mult mai puțină energie. Domeniul microelectronicii, inspirat chiar de către creier, deci de către modul în care funcționează organismul uman, având ca element de bază dispozitivul (aproape) patentat de către echipa de cercetători, ar putea reprezenta un pas major în adoptarea unui astfel de comportament și a unei astfel de tehnologii, în special datorită faptului că poate fi realizat prin tehnici compatibile cu practicile industriei semiconductorilor.
