کم‌مصرف‌ترین زیست‌رایانه جهان ساخته شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازساینس الرت ، دانشمندان علوم رایانه دهه‌هاست که برای تقلید از مغز انسان و تکرار شبکه‌های عصبی آن برای ساخت هوش مصنوعی (AI) با قدرت پردازش پیشرفته رقابت می‌کنند؛ اما هرچه این شبکه‌های عصبی مصنوعی پیچیده‌تر شوند، قدرتمندتر می‌شوند و هرچه بیشتر به آنها تکیه کنیم، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. گاهی اوقات طراحی اصلی طبیعت از برخی جنبه‌ها بهتر است.

پلتفرم آنلاین «فاینال اسپارک» «FinalSpark» به جای ادغام مفاهیم زیستی در محاسبات به خوشه‌های کروی از سلول‌های مغز انسان در آزمایشگاه به نام ارگانوئید‌ها متصل می‌شود. در مجموع ۱۶ ارگانوئید در چهار آرایه قرار دارند که هر کدام به هشت الکترود و یک سیستم میکروسیال که آب و مواد مغذی را برای سلول‌ها تأمین می‌کند، اتصال دارد.

این رویکرد که محاسبات مرطوب افزاری نام دارد، در این مورد از توانایی‌های محققان برای کشت ارگانوئید‌ها در آزمایشگاه استفاده می‌کند و یک فناوری تقریبا جدید است که به دانشمندان اجازه می‌دهد آنچه را که اساساً کپی کوچک اندام‌های فردی هستند، مطالعه کنند.

افزایش ارگانوئید‌ها به عنوان یک شیوه تحقیقاتی محبوب در زمانی اتفاق می‌افتد که شبکه‌های عصبی مصنوعی که زیربنای مدل‌های زبان بزرگی مانند Chat GPT هستند در استفاده و قدرت پردازش نیز افزایش یافته اند.

این شرکت دانش‌بنیان ادعا می‌کند این به اصطلاح زیست پردازنده‌ها مانند سیستم رابط مغز و ماشین که در حال توسعه هستند، یک میلیون برابر کمتر از پردازنده‌های دیجیتال مرسوم انرژی مصرف می‌کنند.

در حالی که هیچ آماری در مورد این سیستم خاص و مصرف انرژی یا قدرت پردازش آن منتشر نشده، اما پژوهشگران فاینال اسپارک می‌گویند آموزش یک مدل زبان بزرگ مانند GPT-۳ که پیش ساز GPT-۴ است، ۱۰ گیگاوات ساعت یا تقریبا شش هزار برابر بیشتر از نیاز سالانه یک شهروند اروپایی، برق مصرف می‌کند؛ و این در حالیست که مغز انسان ۸۶ میلیارد نورون خود را تنها با کسری از این انرژی به کار می‌اندازد: فقط ۰.۳ کیلووات ساعت در روز.

 روند‌های فناوری همچنین نشان می‌دهد صنعت پررونق هوش مصنوعی تا سال ۲۰۳۰، ۳.۵ درصد از برق جهانی را مصرف خواهد کرد. در حال حاضر، صنعت فناوری اطلاعات مسئول حدود ۲ درصد از انتشار CO۲ جهانی است.

واضح است یافتن راه‌هایی برای کارآمدتر کردن محاسبات در مصرف انرژی به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شود و هم افزایی بین شبکه‌های سلول مغز و مدار‌های محاسباتی، حوزه‌های هم راستایی برای اکتشاف و بررسی هستند.

فاینال اسپارک اولین گروهی نیست که سعی می‌کند پروب‌ها را به سیستم‌های زیستی متصل کند، یا تلاش می‌کند شبکه‌های عصبی را با اطمینان برنامه ریزی کند تا عملکرد‌های ورودی - خروجی خاصی را بر اساس فرمان انجام دهند.

سال ۲۰۲۳، محققان آمریکایی یک پردازشگر زیستی ساختند که سخت افزار رایانه را به ارگانوئید‌های مغز متصل می‌کرد و سیستم یاد گرفت که الگو‌های گفتار را تشخیص دهد.

«فرد جردن» «Fred Jordan»، یکی از بنیانگذاران فاینال اسپارک و همکارانش طی مقاله‌ای اعلام کردند: در طول سه سال گذشته، «نوروپلتفورم» «Neuroplatform» با بیش از هزار ارگانوئید مغزی مورد استفاده قرار گرفت که امکان جمع آوری بیش از ۱۸ ترابایت داده را فراهم کرد.

اگرچه هدف نهایی ممکن است رویکرد‌های محاسباتی جدید و کم مصرف باشد، در حال حاضر این سیستم برای کمک به محققان در انجام آزمایش‌های طولانی بر روی ارگانوئید‌های مغزی، درست مانند پیشینیان خود، استفاده می‌شود.

با این حال، زیست پردازنده جدید پیشرفت‌های قابل توجهی داشته است: فاینال اسپارک می‌گوید محققان می‌توانند از راه دور به این سیستم متصل شوند، این مینی مغز‌ها می‌توانند تا صد روز دوام بیاورند و فعالیت الکتریکی آنها در شبانه روز اندازه گیری شود.

جردن و همکارانش می‌گویند در حال حاضر در سال ۲۰۲۴، این سیستم به صورت رایگان برای اهداف تحقیقاتی در دسترس است و گروه‌های تحقیقاتی متعددی شروع به استفاده از آن برای آزمایشات خود کرده اند.

آنها قصد دارند در آینده قابلیت‌های پلتفرم خود را برای مدیریت طیف وسیع تری از پروتکل‌های آزمایشی مرتبط با محاسبات مرطوب افزاری، مانند تزریق مولکول‌ها و دارو‌ها به ارگانوئید‌ها برای آزمایش، گسترش دهند. به هر حال، کمک به محاسبات یا تحقیقات ارگانوئیدی، دیدن آنچه محققان می‌توانند به دست آورند، هیجان انگیز خواهد بود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Frontiers in Artificial Intelligence منتشر شده است.