Laboratuvarda üretilen nöronun artık neredeyse vücuttaki nöron gibi çalıştığı bildirildi. Massachusetts Amherst Üniversitesi’ndeki (UMass Amherst) bir mühendis ekibi, biyolojik nöronların elektriksel işlevlerine çok benzeyen yapay bir nöron geliştirdiklerini duyurdu. Çalışma, elektrik üreten bakterilerden sentezlenen protein nanotelleri kullanılarak yapılan önceki araştırmalara dayanıyor ve bu keşfin, biyolojik prensiplere göre modellenen ultra verimli bilgisayarların yanı sıra bir gün doğrudan canlı hücrelere bağlanabilecek sistemlerin önünü açabileceği değerlendiriliyor.
VERİMLİLİK KARŞILAŞTIRMASI YAPILDI
UMass Amherst’te elektrik ve bilgisayar mühendisliği alanında yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Shuai Fu, beynin muazzam miktarda veriyi çok düşük güçle işlediğini vurgulayan değerlendirmelerde bulundu; insan beyninin yaklaşık 20 watt enerji tükettiği, buna karşılık büyük bir yapay zeka modelinin benzer bir görevi başarmak için bir megawatt’tan fazla elektrik tüketebildiği hatırlatıldı. Araştırmacılar, verimlilikteki bu büyük açığın yeni tasarımla kapatılmasını hedefliyor.
DÜŞÜK VOLTAJ EŞLEŞMESİ
UMass Amherst’te elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti ve makalenin kıdemli yazarı Jun Yao, önceki yapay nöron versiyonlarının yeni tasarıma kıyasla 10 kat daha fazla voltaj ve 100 kat daha fazla güç kullandığını belirten bir çerçeve sundu; bu durumun onları etkisiz hale getirdiği ve canlı nöronlarla doğrudan etkileşimi imkansızlaştırdığı ifade edildi. Ekip, yeni tasarımın yalnızca 0,1 voltla çalıştığını ve bunun vücuttaki nöronlarla neredeyse aynı düzeyde olduğunu bildirerek, düşük voltaj sayesinde yapay nöronların yalnızca bilgi işlem sistemlerine değil, aynı zamanda biyolojik hücrelerle sorunsuz şekilde iletişim kurabilen tıbbi cihazlara da entegre edilebileceğini vurguladı.
PROTEİN NANOTEL TEMELİ
Bu çığır açan buluşun, doğal olarak elektrik üreten Geobacter sulfurreducens bakterisinden elde edilen protein nanotellerine dayandığı açıklandı. Yao ve ekibinin son yıllarda bu nanotelleri kullanarak geliştirdiği teknolojiler arasında; küçük elektronik cihazları çalıştıran terle beslenen bir biyofilm, hastalıkları tespit edebilen bir “elektronik burun” ve havadan elektrik üreten bir cihaz yer alıyor. Yeni yapay nöron, bu listeye eklenerek araştırmaları biyoloji ve bilişimin kesişim noktasına daha da yaklaştırıyor.
BİYOESİNLİ YAKLAŞIMLAR GENİŞLİYOR
Araştırmacılar, biyolojik olarak ilham alan bilgisayarlardan insan vücuduyla doğrudan bağlantılı elektronik cihazlara kadar geniş bir yelpazede potansiyel kullanım alanı öngörüyor. Yao, bugün yaygın olan giyilebilir elektronik algılama sistemlerinin görece hantal ve verimsiz kaldığını; vücuttan alınan sinyallerin bilgisayar analizine uygun hale gelmesi için ara yükseltme adımlarına ihtiyaç duyulduğunu; bu adımların hem güç tüketimini hem de devre karmaşıklığını artırdığını hatırlatan değerlendirmeler yaptı. Düşük voltajlı nöronlarla üretilen sensörlerin ise yükseltmeye gerek kalmadan çalışabileceği yönünde bir teknik çerçeve çizildi.
CANLI HÜCRE UYUMU
Yeni tasarımın düşük voltajlı yapısı, canlı nöronlarla uyumu artırarak sinir dokusuyla doğrudan iletişim kurabilecek tıbbi cihazların geliştirilmesini mümkün kılıyor. Bu kapsamda, sinir-protez arayüzleri, akıllı implantlar ve sinirsel geri bildirim mekanizmaları içeren sistemler için daha düşük güçte, biyouyumlu mimarilerin önü açılıyor.
BİYOMİMESİK BİLGİSAYIM VİZYONU
Ekip, beyindeki ateşleme ve iletim süreçlerinin elektronik olarak tekrarlanmasının zorluğuna dikkat çekiyor; yeni yapay nöronun, biyolojik sinyalle uyumlu voltaj ve güç ölçeğine inmesiyle bu zorluğun önemli ölçüde aşıldığını değerlendiriyor. Böylece, beyin benzeri mimarilerle ultra verimli bilgi işlem hedeflerine yaklaşılırken, canlı sistemlerle doğrudan köprü kurma potansiyeli de artıyor.
FON DESTEĞİ AÇIKLANDI
Çalışmanın, Ordu Araştırma Ofisi, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) ve Alfred P. Sloan Vakfı tarafından desteklendiği bildirildi. Bu çoklu fon yapısının, biyoloji-temelli elektronik alanında uzun vadeli bir inovasyon ekosistemini beslediği değerlendiriliyor.
