انقلاب تراشه صوتی در پردازش اطلاعات

پژوهشگران تراشه‌ای ساخته‌اند که به جای الکتریسیته، از امواج صوتی برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کند و از مغز انسان الهام گرفته شده است. این تراشه می‌تواند با مصرف انرژی بسیار کم، کارهای پیچیده را انجام دهد.

به گزارش سیناپرس، مغز انسان با وجود پردازش حجم عظیم اطلاعات، انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند؛ در مقابل، سخت‌افزارهای هوش مصنوعی امروزی، هرچند در کارهای پیچیده عملکرد خوبی دارند، اما انرژی زیادی هدر می‌دهند.

یکی از راه‌های حل این مشکل، رویکردی به نام محاسبات نورومورفیک است که معنای آن طراحی سخت‌افزاری است که از ساختار مغز انسان الهام گرفته شده است. در این روش، حافظه و پردازش در یک محل انجام می‌شود و همین موضوع مصرف انرژی را نسبت به تراشه‌های معمولی به‌شدت کاهش می‌دهد. با این حال، حتی پیشرفته‌ترین سامانه‌های نورومورفیک نیز هنوز با پیچیدگی مغز انسان فاصله زیادی دارند و نمی‌توانند تعداد اتصالات عظیم بین نورون‌ها (سلول‌های عصبی مغز) را بازتولید کنند.

اما پژوهشگران دانشگاه آریزونا روش جدیدی برای حل این مشکل ارائه داده‌اند که در آن به جای جریان برق، از امواج صوتی استفاده می‌شود.

تراشه‌ای که با صدا کار می‌کند

پژوهشگران دستگاهی به نام سیناپس صوتی ساخته‌اند. برای درک تفاوت آن با تراشه‌های معمولی، کافی است نگاهی به نحوه کار هر دو بیندازیم. در تراشه‌های سیلیکونی رایج، الکترون‌ها از میان سیم‌های میکروسکوپی حرکت و اطلاعات را جابه‌جا می‌کنند؛ اما در این دستگاه جدید، به جای الکترون، امواج صوتی از مسیرهای متصل به هم عبور می‌کنند.

جالب‌ترین بخش ماجرا اینجاست: این دستگاه دقیقاً مثل سیناپس‌های مغز (محل اتصال سلول‌های عصبی) عمل می‌کند. همان‌طور که سیناپس‌ها قدرت ارتباط بین نورون‌ها را کم یا زیاد می‌کنند، این سیناپس صوتی هم می‌تواند امواج صوتی را تقویت یا تضعیف کند. اطلاعات هم در تفاوت زمانی بین این امواج که روی هم قرار می‌گیرند، پنهان می‌شوند.

عملکرد عالی با مصرف کم

پژوهشگران برای آزمایش این سیناپس صوتی، چند کار رایانه‌ای معمولی را به آن سپردند؛ مثلاً تشخیص نوع گل از روی تصویر یا تشخیص اعدادی که افراد با دست نوشته‌اند. نتیجه‌گیری جالب بود: این سامانه نه تنها سریع‌تر از مدل‌های معمولی یاد گرفت، بلکه دقت بالاتری هم داشت؛ به عبارت دیگر، با آموزش کمتر، نتیجه‌ بهتر گرفت.

اما مهم‌ترین دستاورد این بود که این سامانه برای انجام این کارها در مقایسه با سخت‌افزارهای برقی پیشرفته، انرژی بسیار کمتری مصرف کرد.

آینده تراشه‌های صوتی

این پژوهش نشان داد که یک سیناپس صوتی می‌تواند چندین جریان داده را هم‌زمان و به طور کارآمد پردازش کند. پژوهشگران در بلندمدت قصد دارند با اتصال چندین سیناپس به یکدیگر، این فناوری را توسعه دهند و آن را بزرگ‌تر کنند.

به نقل از ایرنا، هدف نهایی آن‌ها این است که با کنار هم قراردادن قطعات متعدد در ساختارهای کوچک تراشه‌ای، سخت‌افزاری بسیار کارآمد بسازند که مانند مغز انسان عمل می‌کند و بتواند کارهای پیچیده را انجام دهد.

یافته‌های این پژوهش در نشریه معتبر سایِنس ادوَنسِز/ Science Advances منتشر شده است.