Grote doorbraak voor breinachtige computers

De Nederlandse Universiteit Twente ontwikkelde een nieuw type moleculaire schakelaars dat kan leren van eerder vertoond gedrag. Dit brengt nieuwe breinachtige computers een stap dichterbij.

Trefwoorden: #brein, #computer, #modulair, #molecule, #schakelaar, #Twente

Lees verder

research

( Foto: Universiteit Twente )

ENGINEERINGNET.BE - Computers, datacentra en andere elektronica gebruiken enorme hoeveelheden energie. Om aan die energievraag te voldoen, zijn er enorme windparken nodig. Maar volgens prof. dr. Christian Nijhuis kunnen we onze aandacht ook richten op het efficiënter maken van elektronica.

“Onze hersenen zijn de efficiëntste computers die we kennen. Ze gebruiken tienduizend keer zo weinig energie als de zuinigste computers”, aldus Nijhuis.

Dit komt omdat onze hersenen data op heel andere manier verwerken. Waar computers binaire informatiestromen verwerken – met nullen en enen – werken onze hersenen analoog door middel van tijdsafhankelijke pulsjes.

“Onze hersenen verwerken zo informatie van miljoenen zenuwcellen vanuit al onze zintuigen. Daarbij gebruiken ze, in tegenstelling tot traditionele elektronica, alleen de hersencellen en synapsen waar pulsjes langs lopen”, zegt Nijhuis.

Doordat alleen energie wordt verbruikt tijdens een pulsje, kunnen onze hersenen veel efficiënter een heleboel data tegelijk verwerken.  

De moleculen die Nijhuis en zijn team ontwikkelden kunnen alle Booleaans logische poortschakelingen uitvoeren die nodig zijn voor ‘deep learning’. Onderzoekers zetten grote stappen op het gebied van software voor AI, maar deze moleculen brengen nu ook de hardware voor AI dichterbij.

Om het dynamische gedrag van de synapsen op moleculair niveau na te bootsen, combineerden de onderzoekers snelle elektronenoverdracht met langzame protonkoppeling beperkt door diffusie. Dit lijkt op de snelle pulsjes en langzame opname van neurotransmitters van de neuronen in je hersenen.

De moleculen kunnen de kracht en de duur van de pulsjes aanpassen. Daarmee laten ze een vorm van klassieke conditionering zien. De moleculen passen hun gedrag aan op de prikkels die ze eerder hebben ontvangen. In de toekomst kunnen dergelijke moleculen ook reageren op andere stimuli, zoals bijvoorbeeld licht.  

Deze doorbraak maakt het mogelijk een nieuw scala aan aanpasbare en herconfigureerbare systemen te ontwikkelen. Die kunnen weer tot nieuwe multifunctionele adaptieve systemen leiden die kunstmatige neurale netwerken versimpelen.

Nijhuis: “Daarmee verlagen we het energieverbruik van elektronica drastisch.” Multifunctionele moleculen die ook lichtgevoelig zijn of andere moleculen kunnen detecteren, kunnen weer tot nieuwe types neurale netwerken of sensoren leiden.

Dit onderzoek is uitgevoerd in samenwerking het Science Foundation Ireland Research Centre for Pharmaceuticals van de Universiteit van Limerick en de University of Central Florida.