خانه / دنیای اطراف ما / با ممیستور ها یک قدم به ساختن مغز مصنوعی نزدیک تر شده ایم !

با ممیستور ها یک قدم به ساختن مغز مصنوعی نزدیک تر شده ایم !

پژوهشگران موسسه فیزیک و تکنولوژی مسکو یک قدم به ساخت شبکه عصبی نزدیک شده اند که کارکرد مغز انسان را تقلید می‌کند ! هر کس که ساختنی را دنبال کند یا کمی‌با الکترونیک علاقه داشته باشد و دانش کمی‌در این مورد داشته باشد،با قطعات پایه ای الکترونیک یعنی سلف‌ها، خازن‌ها و مقاومت‌ها آشناست. در سال 1971 میلادی ، مردی به نام لئون چوئا (Leon Chua) نشان داد که باید قطعه چهارمی‌هم در میان این قطعات انفعالی (Passive) بنیادی برق وجود داشته باشد. او این قطعه را مقاومت با حافظه یا ممیستور (Memistor) گذاشت .

ممیستور چیست ؟

مفهوم ممیستور در خود ویژگی‌های بسیار ارزشمندی دارد که امکانات قابل انتظار مدار‌های کلاسیک برق را بیشتر می‌کند. تا سال 2008 میلادی هیچ کسی مدارکی مبتنی بر وجود یک مدل فیزیکی ارائه نکرد و یا حداقل یک کاربرد عملی از ممیستور نیز مشاهده نشد. از آن زمان تا کنون بسیاری از شرکت‌های توسعه و پژوهش و کارآفرینان صنعت الکترونیک منابع مالی و انسانی انبوهی را صرف شناسایی و ارزیابی پتانسیل‌های بی شمار ممیستور کرده اند.پیش بینی می‌شود جنبه‌های سودمند ممیستور در کاربرد‌هایی مانند حافظه‌های حالت جامد (SSD) و قطعات انتقال یونی باشد.

طرح یک ممیستور
طرح یک ممیستور

ممیستور کلید حل معمای مغز

با این که سر رشته تحقیقات در مورد شناخت مغز و ساختن دستگاه تقلید از مغز انسان در اختیار عصب پژوهان (neuroscientists) است،اما پژوهشگران دانشگاه فیزیک و فناوری مسکو سعی می‌کردند که فعالیت‌های مغز طبیعی و واقعی را با استفاده از قطعات بنیادی و آنالوگ شبکه‌های الکتریکی،تقلید کنند.

در مقاله تازه منتشر شده ای که در مجله علمی‌پژوهش‌های نانو به چاپ رسیده است ، محققین این دانشگاه مفهوم ممیستور را به گونه ای دیگر تعریف و ابداع کردند که به وسیله آن بتوانند گامی‌به ساخت سینپس‌های عصبی (Synaps) مصنوعی نزدیک تر شوند.

قطعه کلیدی در ساختار این مغز کامپیوتری هم البته همین ممیستور قلمداد شده است . به شکل خلاصه ، کاری که ممیستور انجام می‌دهد تنظیم تنظیم جریان جاری شده در مدار و به یاد نگه داشتن مقدار جریان جاری شده است. این قطعات بر اساس طبعیت خود ، حافظه غیر فرار دارند. به این معنا که اطلاعات را بدون وصل بودن به منبع تغذیه هم حفظ خواهند کرد.

یک مقایسه که معمولا انجام می‌شود ، مقایسه ممیستور‌ها با یک شلنگ آب آتش نشانی است. آب در شلنگ جریان می‌یابد و باعث می‌شود شلنگ به شکل شعاعی باز شود تا آب با سرعت بیشتر از آن گذر کند. وقتی آب به داخل آن مکیده شود باعث جمع شدن آن شده و باعث می‌شود سرعت ورود آب به آن کم شود و وقتی جریان آب قطع شود ، شنلگ به خودی خود جمع نمی‌شود بلکه حجم خود را نگه می‌دارد.

شبیه به موضوع بالا ، وقتی یک ممیستور خاموش می‌شود، مقدار مقاومتی را که در آخرین لحظه قبل از خاموش شدن خود داشته است را نگه خواهد داشت. برای مثال: اگر برق رایانه ای که در ساخت آن از ممیستور استفاده شده است قطع شود، پس از وصل دوباره جریان مانیتور بدون وقفه یا صرف هیچ انرژی آخرین تصویر را نشان می‌دهد. انگار که اصلا قطعی برقی در کار نبوده است.

یکی از سخت ترین کارهایی که تا به امروز به دنبال انجام دادن آن بوده ایم ، تقلید کامل از مغز انسان است. به هرحال ، در حال حاضر ما قادر به تقلید کامل از مغز گربه هستیم !

برخی از شبیه سازی‌های پیچیده شبکه‌های عصبی مانند پروژه “ذهن عمیق” گوگل تا به حال نتایج باور نکردنی گرفته اند، برای مثل چندی پیش بود که هوش مصنوعی این پروژه رویا پردازی کرد و تصاویر رویا‌هایش را برای ما به نمایش گذاشت!

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت : دستگاه اعصاب سنج بسازید
نمونه ای از عکس‌های رویا پردازی پروژه خواب عمیق گوگل
نمونه ای از عکس‌های رویا پردازی پروژه خواب عمیق گوگل

دو عدد از این عکس‌ها را در تصویر بالا می‌بینید. البته ساختنی یک مطلب مفصل را به پروژه هوش مصنوعی گوگل اختصاص داده است .

وقتی مغز ما خیلی پیچیده تر از درک خودش است !

شوربختانه ، مغز انسان بسیار سریع تر و البته خیلی پیچیده تر از رقیب‌های الکترونیکی خود است. مغز‌های بیولوژیکی انسان‌ها می‌توانند تصاویر را در کسر دهم ثانیه شناسایی،دسته بندی و از آن‌ها نتیجه گیری کنند. دانشمندان همواره خواسته اند که از مغز انسان تقلید کنند. اصلا پیدایش رایانه‌ها محصول تلاش انسان برای الهام از مغز خودش است! اما ساختار مغز انسان به کلی با ساختار یک رایانه تفاوت دارد. در برخی از مدل‌های پیشنهادی برای توجیه عملکرد مغز، نورون‌های عصبی به وسیله رله‌های اطلاعاتی به نام سینپس‌ها با هم در ارتباط هستند. هر نورون می‌تواند بیش از ده هزار ارتباط همزمان با دیگر نورون‌ها برقرار کند.

در حال حاضر فرض بر این است که تغییرات در رسانایی در سیناپس‌ها مسئول پردازش اطلاعات در مغز است، این بدین معناست که اطلاعات باید از زنجیره طولانی از سیناپس‌ها بگذرد تا به اصطلاح “دریافت شود”.

موضوعی که تقلید از مغز انسان را به شدت سخت می‌کند این است که در سیستم‌های کلاسیک ، برای این که بتوانیم سیناپس و سلول عصبی را تقلید کنیم، نیاز به تعداد فوق العاده زیادی از ارتباطات مداری است که بتوان میلیارد‌ها سلول عصبی و سیناپس‌هایش را تقلید کرد. پیاده سازی این تعداد از ارتباطات مداری هم بسیار سخت است و هم توان قابل توجهی مصرف می‌کند.

سلول‌های عصبی

حالا پژوهشگران MIPT یک ممیستور را بیش از پیش برای تقلید از سیناپس‌های مغز آماده کرده اند. این اختراع دوباره ممیستور توسط محققان MIPT از اکسید‌هافنیوم (HfO2) -یک ترکیب که معمولا در ساخت تکنولوژی CMOS استفاده می‌شود – استفاده کرده است. با وارد کردن ولتاژ به یک لایه از اکسید‌هافنیوم ، یون‌های اکسیژن به از شبکه یونی به سوی الکترود‌ها رانده می‌شوند. این کار باعث ایجاد حفره‌هایی در جای اکسیژن می‌شود که به الکترون‌ها اجازه انتقال می‌دهد.مقاومت یک ممیستور معمولا بر اساس تعداد این حفره‌ها در مسیر تعیین می‌شود و می‌تواند در طول زمان با تغذیه ممیستور تغییر کند.

در ساختنی بخوانید :  با قطعات الکترونیکی ارزان آشکارساز جریان AC بسازید

تیم دانشگاه فیزیک و فناوری مسکو در حال حاضر از مغز الکترونیکی-ممیستوری خود برای شبیه سازی برخی از کارهای مغز طبیعی مانند به یاد سپاری و فراموشی استفاده می‌کنند. پدیده‌هایی که به ترتیب به نام‌های ” نیرومند سازی بلند مدت” و ” افسردگی بلند مدت” شناخته می‌شوند. این کار به مغز الکترونیکی اجازه می‌دهد نوعی شکل پذیری داشته باشد که به آن ظرفیت از یاد بردن اطلاعات بدون استفاده برای اضافه کردن دانش‌های جدید را خواهد داد.

میخ زدن (Spike) یک سیناپس
میخ زدن (Spike) یک سیناپس

ترکیبی از این عناصر در زیست شناسی STDP نامیده می‌شود. این فرآیند که در مغز اتفاق می‌افتد باعث تنظیم استحکام ارتباطات بین سلول‌های عصبی در مغز می‌شود. قدرت این ارتباطات بر اساس زمانبندی انجام ورود و خروج اطلاعات و پتانسیل آن‌ها (که در اصطلاح به آن Spike می‌گویند) تنظیم می‌شود. ثابت شده است که فرآیند STDP یک فرآیند در ارتباط مستقیم با آموختن است.به همین دلیل،بسیاری از پژوهشگران در حال تلاش برای تقلید کامل این فرایند با استفاده از ممیستور‌ها هستند.

تا امروز، هیچ کس موفق به ساختن سامانه ای نشده است که بتواند همه سیناپس‌های مصنوعی ممیستور را در غالب یک سامانه کامل عصبی مانند مغز یکپارچه کند. اما پیکربندی یک ممیستور الکتریکی برای استفاده به عنوان یک سیناپس قدم اول در شبیه سازی کامل مغز انسان است .

منبع

خلاصه مطلب
عنوان مطلب
استفاده از ممیستور‌ها برای ساختن مغز مصنوعی
توضیح کوتاه
اولین قدم‌ها برای رسیدن به یک معز مصنوعی الکترونیکی برداشته شد ! ممیستور‌ها راه حل جدید ما هستند!
نویسنده
ساختنی

بیشتر بخوانید:

اخبار علمی : ساخت سیم های دی ان ای (DNA) حامل جریان الکتریکی... دی ان ای (DNA) قدرتمندترین و پیچیده ترین دستگاه ذخیره اطلاعات در طبیعت و مولکولی است که قلب حیات همه موجودات زنده است. بنابراین جای تعجب نیست که دانشم...
اسپیکر جیبی چوبی بسازید و موسیقی را با کیفیت عالی بشنوید... اسپیکرهای جیبی و پرتابل یکی از ساده ترین و در عین حال کاربردی ترین وسایل جانبی گوشی ها هوشمند هستند. قبلاً در ساختنی طرز ساخت چند نوع اسپیکر جیبی مخصو...
ربات ها سرپیچی از فرمان انسان را یاد می گیرند... در سال های 1940، وقتی هنوز حتی یک نمونه واقعی از ربات ها هم ساخته نشده بود چه برسد به هوش مصنوعی، ایزاک آسیموف (Isaac Asimov) نویسنده معروف داستان های...
مدار مجتمع یا همان IC چگونه ساخته می شود؟... اگر به اطراف خود کمی موشکافانه نگاه کنید، متوجه خواهید شد که دنیای امروز ما را دستگاه های الکترونیکی فراوانی فراگرفته که حتی تصور زندگی بدون آن­ها برا...
آموزش ساخت: منبع تغذیه قابل تنظیم بسازید... با ساختنی همراه باشید و طرز ساخت یک منبع تغذیه قابل تنظیم بسیار کوچک را بیاموزید. این منبع تغذیه طوری طراحی شده است که تا حد امکان کوچک باشد تا حمل و ...
تشخیص خطر توسط مغز چطور صورت می گیرد؟ محققان دانشگاه کلمبیا ‏‎(Columbia University)‎‏ موفق شدند شبکه عصبی را شناسایی کنند که به موش ها در تشخیص خطر کمک می کند و می توانند ‏محیط های امن و م...

درباره مهرداد جمالی

مهرداد جمالی
مهرداد جمالی ، متولد 1367 ، دانش آموخته رشته لیسانس مهندسی مخابرات دانشگاه ملی زنجان و دانشجوی ارشد مدیریت صنعتی است. وی بنیان گذار اصلی پروژه ساختنی و یکی از مدیران ارشد وبسایت است.

پیشنهاد می کنیم

سوییچ های سلکتور آنالوگ یا دستی

مدار سوییچ سلکتور چهار حالته مرحله ای الکترونیکی بسازید

همان طور که از نام این پروژه هم بر می‌آید ، یک سوییچ سلکتور الکترونیکی …

پاسخ دهید