USC Viterbi Mühendislik Fakültesi ve İleri Bilişim Okulu’ndan araştırmacılar, gerçek beyin hücrelerinin karmaşık elektrokimyasal davranışlarını yakından taklit eden yapay nöronlar geliştirdi. Nature Electronics’te yayımlanan bu buluş, nöromorfik bilişim alanında büyük bir ilerlemeyi temsil ediyor. Yeni yaklaşım, çip boyutunu önemli ölçüde küçültebilir, enerji tüketimini kat kat azaltabilir ve yapay genel zekâya (AGI) ulaşmayı bir adım daha yaklaştırabilir.
Bu yapay nöronlar, mevcut silikon tabanlı nöromorfik çipler ya da standart dijital işlemciler gibi yalnızca sinirsel aktiviteyi taklit etmekle kalmıyor, biyolojik nöronların analog süreçlerini fiziksel olarak yeniden üretiyor. Tıpkı beyindeki nörokimyasalların beyin aktivitesini başlatması gibi, artık özel kimyasallar da nöromorfik donanımda hesaplama sürecini başlatabiliyor. Bu sistemler, önceki tasarımlardan farklı olarak matematiksel modeller yerine biyolojik mekanizmaları doğrudan taklit ediyor.
Araştırmayı, daha önce yapay sinaps alanında öncü katkılar sunan USC Bilgisayar ve Elektrik Mühendisliği Profesörü Joshua Yang yürüttü. Yang’ın ekibi, “difüzyon memristörü” olarak bilinen bir yapı kullanarak yeni bir yapay nöron türü geliştirdi. Bu yenilik, günümüzün silikon tabanlı teknolojilerini geliştirebilecek yeni nesil çiplerin önünü açabilir.
Klasik elektronik sistemler hesaplama için elektron akışına dayanırken, Yang’ın difüzyon cihazı atomların hareketini kullanıyor. Bu atomik düzeydeki işlem, nöronların insan beynine daha benzer çalışmasına imkân tanıyor ve bu sayede daha yüksek enerji verimliliği sağlıyor.
Biyolojik süreçte, beyin hem elektriksel hem de kimyasal sinyallerle vücut hareketlerini tetikler. Nöronlarda elektriksel sinyal sinaps denilen boşluğa ulaştığında, kimyasal sinyallere dönüşür ve bu sinyaller komşu nöronlara aktarılır. Ardından sinyal tekrar elektriksel hale gelir. Yang ve ekibi, bu fiziksel süreci birçok açıdan yüksek doğrulukla taklit etmeyi başardı.
Difüzyon memristörü, geleneksel tasarımlarda bir nöron için gereken onlarca transistor yerine, tek bir transistor boyutunda çalışabiliyor.
Biyolojik modelde, elektrik sinyallerinin oluşumunda iyonlar (örneğin potasyum, sodyum, kalsiyum) rol oynar. Yang’ın çalışmasında ise gümüş iyonları, oksit içinde elektriksel darbeleri oluşturmak ve hareket, öğrenme, planlama gibi işlevlerde bilgi işlem yapmak için kullanılıyor.
Yang şöyle diyor:
“Yapay sinaps ve nöronlarımızda tam olarak aynı iyonlar olmasa da, iyon hareketini yöneten fiziksel kurallar ve dinamikler oldukça benzer.”
“Gümüş, yayılmaya uygun bir materyal. Bu da bize biyosistemi taklit edecek dinamiği sağlıyor. Böylece çok basit bir yapıyla nöron fonksiyonlarını elde edebiliyoruz.”
Yeni cihaza ‘difüzyon memristörü’ denmesinin nedeni, iyonların hareketiyle meydana gelen dinamik difüzyon süreci.
