Neuron Buatan Bisa Efisien Seperti Otak Manusia

• Peneliti MIT telah merancang neuron buatan dari kawat nano superkonduktor.
• Secara teori, sirkuit sederhana dari neuron semacam itu dapat bekerja seefisien otak manusia.
• Jaringan dapat melakukan seratus triliun operasi sinaptik per detik per watt.

Perangkat komputasi paling menarik yang dikenal sains adalah otak manusia. Ia dapat melakukan berbagai operasi kompleks dengan bantuan kelompok komponen tunggal – neuron.

Tidak seperti CPU modern yang berjalan pada kecepatan gigahertz, otak beroperasi pada kecepatan clock hanya beberapa hertz. Namun, ia melakukan triliunan perhitungan per detik [secara paralel], yang memungkinkan manusia melakukan hal-hal rumit dengan mudah yang belum dapat dicapai komputer tradisional:berbicara, berjalan, mengemudi, dan sebagainya.

Dibandingkan dengan perangkat komputasi saat ini, otak kita menarik sangat sedikit energi untuk melakukan tugas-tugas ini. Oleh karena itu, para peneliti mencoba meniru kinerja komputasi otak manusia menggunakan jaringan saraf yang efisien. Meskipun mikroprosesor tradisional dapat diprogram untuk bertindak seperti jaringan saraf, mereka menggunakan sumber daya dan energi komputasi yang berlebihan.

Untuk mengatasi masalah ini, ilmuwan komputer di MIT telah menemukan sebuah ide:membuat neuron buatan dan menghubungkannya bersama dalam jaringan mirip otak manusia. Untuk mengimplementasikan desain ini, mereka telah merancang neuron buatan dari kawat nano superkonduktor.

Perangkat yang terbuat dari neuron buatan tersebut dapat bekerja seefisien otak manusia (setidaknya dalam teori).

Fitur Utama Neuron Buatan

Neuron biologis menghasilkan lonjakan listrik untuk mengkodekan informasi, yang berjalan di sepanjang saraf. Informasi diteruskan ke neuron lain melalui sinapsis (persimpangan antara dua sel saraf).

Neuron lain dapat melewatkan atau memblokir informasi ini. Memang, mereka dapat berperilaku seperti gerbang logika, menghasilkan satu output sebagai respons terhadap beberapa input.

Neuron ini tidak menyala kecuali jika pulsa elektrik yang masuk melebihi beberapa nilai ambang batas. Mereka tidak dapat menembak lagi sampai waktu tertentu telah berlalu, yang disebut periode refraktori.

Sumber:arXiv:1907.00263

Kawat nano superkonduktor baru meniru semua fitur neuron biologis ini. Mereka memiliki properti nonlinier aneh yang memungkinkan superkonduktivitas kawat nano rusak ketika arus yang lebih tinggi dari tingkat ambang mengalir melaluinya.

Ini terjadi karena peningkatan resistensi yang tiba-tiba, yang menciptakan pulsa tegangan yang analog dengan lonjakan listrik di neuron biologis. Ini dapat digunakan untuk memodulasi pulsa lain yang dihasilkan oleh kawat nano kedua, membuat simulasi menjadi lebih akurat.

Sumber gambar:Adobe Stock 

Dengan demikian, rangkaian sederhana yang terbuat dari kawat nano dapat meniru karakteristik utama neuron, termasuk ambang batas penyalaan, waktu tempuh (dapat disesuaikan dengan sifat rangkaian penyetelan), dan periode refraktori.

Efisiensi Daya Dan Keterbatasan

Efisiensi energi sirkuit superkonduktor tersebut dapat dicocokkan dengan jaringan saraf biologis. Menurut tim peneliti, jaringan saraf tiruan yang mereka usulkan dapat melakukan sekitar seratus triliun operasi sinaptik per detik per watt.

Simulasi tampaknya menjanjikan. Jika berhasil, itu bisa menjadi teknologi yang sangat kompetitif dalam hal kecepatan dan kekuatan. Desainnya dapat mengaktifkan prosesor neuromorfik skala besar yang dapat dilatih sebagai jaringan saraf spiking untuk melakukan tugas kompleks seperti pengenalan pola.

Baca:Kulit Elektronik Baru Dapat Memiliki Rasa Sentuh Seperti Manusia

Seperti konsep lainnya, ia memiliki keterbatasannya sendiri:neuron superkonduktor hanya dapat dihubungkan ke beberapa neuron lain. Padahal, neuron biologis terhubung ke ribuan neuron lainnya. Untuk saat ini, ini hanya desain yang memerlukan demonstrasi pembuktian prinsip.