تکنولوژی نانو وایر، نسل جدید هوش مصنوعی همچون انسان فکر می‌کند

تکنولوژی نانو وایر نسل جدیدی از هوش مصنوعی را ایجاد می‌کند که می‌تواند همانند انسان فکر کرده و سبب دگرگونی آینده هوش مصنوعی شود.

شبکه‌های نانوسیمی می‌توانند حافظه کوتاه‌مدت و بلندمدت را مانند مغز انسان به نمایش بگذارند. این یافته جدید توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه سیدنی به رهبری دکتر آلون لوفلر بدست آمده است.

در این مطالعه جدید که در Science Advances منتشر شد، دریافتیم که شبکه‌های خودسازماندهی شونده از سیم‌های نقره‌ای ریز (یا همان تکنولوژی نانو وایر) شبیه به سخت‌افزار تفکر در ذهن ما یاد می‌گیرند و به یاد می‌آورند.

این نتیجه مبتنی بر تحقیقات قبلی است که دانشمندان در آن نشان دادند چگونه می‌توان از فناوری نانو برای ساخت یک دستگاه الکتریکی الهام گرفته از مغز با شبکه عصبی (مدار و سیناپس) مانند سیگنالینگ استفاده کرد. این کار راه را به سمت تکثیر سلول‌های مغزی هموار می‌کند و نشان می‌دهد که ماهیت زیربنایی مغز (مانند هوش) ممکن است فیزیکی باشد.

تکامل مغز، راهی به‌سوی تکامل هوش مصنوعی

باوجود توانمندی سیستم‌های هوش مصنوعی فعلی و عملکرد خارق‌العاده آنها در بسیاری از زمینه‌ها، این سیستم‌ها هنوز همچون انسان‌ها هوشیاری ندارند و هوشمند نیستند.

مدل‌های مولد هوش مصنوعی مانند ChatGPT طی یک سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشتند و با تولید مقادیر زیادی محتوای خلاقانه با کیفیت بالا، توانایی خود را ثابت کرده‌اند. اما آنها هنوز هم فاقد قابلیت‌های حافظه انسانی (همچون سلول‌های عصبی بسیار منعطف و واسطه‌های بین سلولی) هستند.

برای تکامل هوش مصنوعی و از بین بردن محدودیت‌های حافظه‌ای در این فناوری، ابتدا باید زمینه‌ رشد و تکامل مغز انسان را فراهم کرد و سپس در مسیر افزودن قابلیت‌های هوش مصنوعی قدم گذاشت.

تحقیق مورد بحث با این هدف صورت گرفته و نتیجه آن آینده هوش مصنوعی را با تغییری بزرگ روبه‌رو خواهد کرد. اما تکنولوژی نانو وایر یا نانوسیم‌ که در این مطالعه ذکر شده چیست و چگونه مقدمه تکامل هوش مصنوعی را فراهم می‌کند؟

تکنولوژی نانوسیم (Nanowire)

نانوسیم‌ها استوانه‌هایی با قطر۱۰–۱۰۰ نانومتر هستند که به سبب خواص الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و نوری، کاربردهای زیادی در حسگرهای زیستی و شیمیایی، و به‌ویژه رساناهای الکتریکی مورد استفاده در ابزارهای نانو الکتریک پیدا کرده‌اند.

نانوسیم‌های مولکولی از واحدهای مولکولی تکرارشونده آلی (مثل دی‌ان‌ای) یا معدنی (مثل Mo6S9-xIx) تشکیل شده‌اند.

انواع بسیار مختلفی از نانوسیم‌ها وجود دارند، شامل فلزی (نیکل، پلاتین، طلا)، نیمه‌رسانا (سیلیسیم، ایندیوم فسفاید، نیترید)، و نارسانا (مثل سیلیس، تیتانیا). تکنولوژی نانو وایر می‌تواند در آینده‌ای نزدیک برای پیوند قطعات ریز به مدارهای بسیار کوچک مورد استفاده قرار گیرد.

کار اصلی دکتر آلون لوفلر و تیمش بخشی از یک زمینه تحقیقاتی به‌نام neuromorphics است که با هدف بازسازی ساختار و عملکرد نورون‌های بیولوژیک و سیناپس‌ها در سیستم‌های غیربیولوژیکی، با کمک تکنولوژی نانو وایر، پیش می‌رود.

تحقیقات این تیم بر روی سیستمی که از شبکه‌ای متشکل از ریزسیم‌ها برای تقلید نورون‌ها و سیناپس‌ها در مغز استفاده می‌کند (یعنی همان نانوسیم‌ها)، متمرکز است.

همانطور که گفته شد، این ریزسیم‌ها عرضی حدود یک هزارم موی انسان دارند و از فلزی با رسانایی بسیار بالا یعنی نقره ساخته شده‌اند. مانند نورون‌ها که دارای غشای عایق هستند، این ریزسیم‌ها نیز با یک ماده عایق مانند پلاستیک پوشانده شده‌اند. به مجموعه‌ی این ریزسیم‌ها شبکه‌های نانو یا Nano Net گفته می‌شود.

جنبه‌های ساختار فیزیکی شبکه‌ای مغز انسان توسط این شبکه‌های نانو مدل‌سازی می‌شوند. کاربردهای عملی متعددی مانند ارتقاء ربات‌ها، سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی یا سیستم‌های حسگر که باید در تنظیمات تصادفی سریع تصمیم بگیرند، می‌توانند با پیشرفت در شبکه‌های نانو به کار گرفته شوند.

پروفسور زدنکا کونچیچ، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: «این شبکه سیمی نانو، همانند یک شبکه عصبی مصنوعی است، زیرا نانوسیم‌ها مانند نورون‌ها عمل می‌کنند و مکان‌هایی که به یکدیگر متصل می‌شوند مشابه سیناپس‌ها هستند.»

در این مطالعه، دکتر لوفلر با اجرای نوعی کار یادگیری ماشینی، در واقع آن را یک گام فراتر برد و سعی کرد نشان دهد که شبکه‌های نانوسیم نوعی عملکرد شناختی از خود نشان می‌دهند.

شبکه نانوسیم با میانگین ظرفیت حافظه انسان مطابقت دارد

مطالعه نشان می‌دهد که می‌توان به‌طور انتخابی مسیرهای سیناپسی را در شبکه‌های ریزسیم، تقویت و تضعیف کرد. تست N-Back، یک تست حافظه رایج که در مطالعات روانشناسی انسان مورد استفاده قرار می‌گیرد، توسط تیم برای بررسی ظرفیت شبکه نانو استفاده شد.

برای یک انسان، آزمون N-Back ممکن است مستلزم یادآوری تصویر دقیق یک گربه میان مجموعه‌ای از گربه‌ها باشد. شبکه، سیگنال‌های قبلی را حداقل برای هفت مرحله به خاطر می‌آورد.

میانگین نمره این تست برای انسان‌هایی با سطح هوش متوسط 7 است. یعنی میانگین تعداد مواردی که انسان می‌تواند در یک زمان در حافظه کاری خود نگه دارد 7 است.

تیم تحقیقاتی دریافت که وقتی این آزمایش روی شبکه نانوسیم اعمال می‌شود، می‌تواند یک نقطه پایانی مورد نظر را در یک مدار الکتریکی هفت قدم به عقب به خاطر بیاورد. یعنی در آزمون N-Back، تکنولوژی نانو وایر درست مانند یک انسان با سطح هوش متوسط، نمره 7 دارد.

دکتر لوفلر در مورد پیشرفت‌های حاصل شده در این زمینه می‌گوید:

کاری که ما در اینجا انجام دادیم، این بود که ولتاژ الکترودهای انتهایی را دستکاری کردیم تا مسیرها تغییر کنند، به جای اینکه به شبکه اجازه دهیم کار خودش را انجام دهد. ما مسیرها را مجبور کردیم به جایی که می‌خواستیم بروند. وقتی آن را پیاده‌سازی کردیم، دیدیم که حافظه‌ی نانوسیم دقت بسیار بالاتری داشت و با گذشت زمان کاهش پیدا نمی‌کرد. این نشان می‌دهد که ما راهی برای تقویت مسیرها پیدا کرده‌ایم تا نورون‌ها را به سمت جایی که می‌خواهیم سوق دهیم.

دانشمندان علوم اعصاب معتقدند که مغز اینگونه کار می‌کند، برخی از اتصالات سیناپسی تقویت می‌شوند در حالی که برخی دیگر ضعیف می‌شوند.

در این فرآیند، خروجی سیناپس‌ها با یک نتیجه مطلوب مقایسه می‌شود. یعنی اگر خروجی سیناپس‌ها به نتیجه مطلوب نزدیک باشد تقویت شده و اگر خروجی آنها به نتیجه مطلوب نزدیک نباشد هرس می‌شوند.

پس از تقویت، محققان شاهد پیشرفت عظیمی بودند که در آن شبکه نانوسیم می‌تواند به نقطه‌ای برسد که نیازی به تقویت نباشد؛ زیرا اطلاعات اکنون بخشی از حافظه آن بود.

پروفسور کونچیچ می‌افزاید: «این چیزی شبیه تفاوت بین حافظه بلندمدت و حافظه کوتاه‌مدت در مغز ماست. می‌خواهیم چیزی را برای مدت طولانی به خاطر بسپاریم، باید به آموزش مغزمان ادامه دهیم تا آن را تثبیت کنیم؛ در غیر این صورت به مرور زمان از بین می‌رود.»

تکنولوژی نانو وایر و تأثیرات آن در حوزه الکترونیک

نانوسیم‌ها دارای قابلیت‌های منحصربه‌فرد زیادی هستند. برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از: نسبت سطح به حجم بالا، هدایت الکتریکی غیرمعمول و زیست سازگاری. به‌دلیل وجود این قابلیت‌ها، در سال‌های اخیر فناوری نانو وایر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌ است.

یکی از کاربردهای اصلی این فناوری جدید در حوزه الکترونیک است. از این شبکه می‌توان برای ایجاد یک دستگاه جمع و جور با خروجی بالا و مصرف انرژی کم استفاده کرد.

نسبت سطح به حجم بالای نانوسیم‌ها یکی دیگر از ویژگی‌های کلیدی آنهاست. این قابلیت اجازه می‌دهد تعداد زیادی از عناصر فعال در یک منطقه کوچک بسته‌بندی شوند و آنها را برای ایجاد مدارهای مجتمع با قطعاتی با چگالی بالا ایده‌آل می‌کند.

مساحت سطح بالای نانوسیم‌ها، آنها را قادر می‌سازد تا به روش‌های منحصر به‌فردی با نور تعامل داشته باشند. این قابلیت آنها را برای ایجاد دستگاه‌های نوری مانند آشکارسازهای نوری، سلول‌های خورشیدی و ساطع کننده‌های نور (LED) به‌گزینه‎‌ای مناسب تبدیل می‌کند.

تکنولوژی نانو وایر همچنین در زمینه ذخیره انرژی بسیار مفید است. مساحت سطح نانوسیم‌ها، آنها را قادر می‌سازد انرژی بیشتری در واحد حجم ذخیره کنند. رسانایی الکتریکی بالای آنها باعث می‌شود زمان شارژ سریعتر افزایش یابد که برای دستگاه‌های قابل حمل و هر دستگاهی که نیاز به شارژ سریع یا چگالی انرژی بالا دارد، گزینه‌ای عالی است.

حتی در زمینه بیوتکنولوژی نیز به نانوسیم‌ها نیاز است. آنها برای تشخیص و تحقیقات پزشکی مفید هستند؛ چراکه می‌توان از آنها برای شناسایی و نظارت بر زیست مولکول‌ها استفاده کرد.

کاربردهای تکنولوژی نانو وایر به همینجا ختم نمی‌شود و کارشناسان به‌بررسی قابلیت‌های بالقوه این فناوری ادامه می‌دهند. در حال حاضر، برندها و کارشناسان بیشتری در حال گسترش تمرکز خود بر روی این فناوری هستند. در چند سال آینده، ما انتظار داریم که این فناوری در زمینه‌های بیشتری گسترش یابد.