MIT-mérnökök terveztek egy chipet – amelynek mérete kisebb egy konfettinél – és ezen több tízezer agyi szinapszist helyeztek el. Ezek a memrisztorok olyan szilícium alapú komponensek, amelyek utánozzák az emberi agy információátviteli szinapszisait. A szinapszisok azok a sejt közötti kapcsolódási helyek, amelyeken keresztül az ingerület egyik sejtről a másikra terjed át. Érdekesség, hogy bár ezen a chipen több tízezer szinapszis kapott helyet, de a magasabb idegi központokban egyetlen neuron közel százezer hozzávezető kapcsolattal rendelkezik, és saját nyúlványaival is sok ezer másik idegsejtet ér el.

Az ilyen, agy ihlette áramkörök beépíthetők kicsi, hordozható eszközökbe, ahol összetett számítási feladatokat hajthatnak végre, amelyekkel csak a mai szuperszámítógépek képesek megbirkózni. „A mesterséges szinapszis-hálózatok eddig szoftverekként léteznek. Valódi ideghálózati hardvereket próbálunk építeni a hordozható mesterséges intelligencia rendszerekhez” – mondja Jeehwan Kim, a MIT gépészmérnöki docens. „Képzelje el, hogy egy neuromorf eszközt csatlakoztat egy autó kamerájához, és ha felismeri a fényeket és a tárgyakat, azonnal képes döntést hozni, anélkül, hogy csatlakoznia kellene az internethez.”

Ihlet a kohászatból

A MIT (Massachusetts Institute of Technology) nem az egyetlen szervezet, amely neuromorf chipek fejlesztésén dolgozik. Az Apple, a Google, a Microsoft és az NVIDIA is rendelkezik saját gépi tanulási eszközzel. Az Intel Lohi chip 1024 mesterséges neuronnal utánozza az agyat. A legtöbb mesterséges agyi szinapszis azonban ezüstöt használ. Kim szerint a meglévő memrisztorok nagyon jól működnek azokban az esetekben, amikor a feszültség nagy vezetőképességű csatornát vagy nagy ionáramot stimulál az egyik elektródról a másikra. Ezek a konstrukciók kevésbé megbízhatóak, amikor a memrisztoroknak finomabb jeleket kell generálni vékonyabb vezetési csatornákon keresztül. Minél vékonyabb a vezetési csatorna, és minél kisebb az ionáram az egyik elektródról a másikra, annál nehezebb az egyes ionoknak együtt maradni és elvándorolnak az ioncsoporttól, eloszlanak a közegen belül. Ennek eredményeként a vevő elektróda számára nehéz egy azonos számú ion megbízható befogása, és ezért ugyanazon jel továbbítása, amikor alacsony áramtartományban stimulálják.
Kim és kollégái úgy találtak kiutat ezen korlátok közül, hogy kölcsönvettek egy technikát a kohászatból, a fémek ötvözetekké történő olvasztásának tudományát. „Az anyagok erősítése érdekében, a kohászok megkísérelnek különféle atomokat hozzáadni egy ömlesztett mátrixhoz. Gondoltuk, mi is megváltoztathatjuk a memrisztorunk atomi kölcsönhatásait és adunk hozzá néhány ötvöző elemet az ionok mozgásának szabályozására szolgáló közeghez” – mondja Kim.

A mérnökök általában ezüstöt használnak a memrisztor pozitív elektródjának a létrehozásához. Kim csapata keresett egy elemet, amelyet, ha kombinálhatnak az ezüsttel, egyben tartja az ezüstionokat, miközben azt lehetővé teszi, hogy gyorsan átjuthassanak az ionok a másik elektródra. A csapat választása a rézre esett, mivel képes mind ezüsttel, mind szilíciummal kapcsolódni. „Ez egyfajta hídként működik és stabilizálja az ezüst-szilícium felületet” - mondja Kim.

A chip első teszteléseként előállították Amerika Kapitány pajzsának szürkeárnyalatos képét. A képen minden pixelt a megfelelő memrisztorral azonosítottak. Ezután módosították az egyes memrisztorok vezetőképességét, amelyek viszonyultak a megfelelő pixel színéhez. A chip ugyanolyan éles képet hozott létre a pajzsról, képes volt arra, hogy „emlékezzen” a képre és sokszorosítsa azt.

Lehet, hogy egy nap mesterséges agyat használhatunk anélkül, hogy szuperszámítógépekre, internetre lenne szükségünk?