الكهرباء تساعد في العثور على مواد يمكنها “التعلم”

تمكنت فريق من العلماء في مختبر أرغون الوطني من ملاحظة مادة غير حية تقلد السلوك المرتبط بالتعلم، والذي يقولون إنه يمكن أن يؤدي إلى تطوير أنظمة ذكاء اصطناعي أفضل.

نشرت ورقة البحث في نظم ذكاء متقدم.

يهدف الفريق إلى تطوير الجيل التالي من أجهزة الكمبيوتر الفائقة والنظر إلى الدماغ البشري للاستلهام.

مواد غير بيولوجية مع سلوكيات شبيهة بالتعلم

غالبًا ما يلجأ الباحثون الذين يريدون صنع حواسيب مستوحاة من الدماغ إلى مواد غير بيولوجية تشير إلى أنها قد تظهر سلوكيات شبيهة بالتعلم. يمكن استخدام هذه المواد لبناء أجهزة يمكن ربطها بخوارزميات برمجية جديدة، مما يتيح تحقيق ذكاء اصطناعي أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.

قاد الدراسة الجديدة علماء من جامعة بوردو.

قدموا أكسيد النيكل الناقص الأكسجين إلى نبضات كهربائية قصيرة وأثارت استجابات كهربائية مختلفة شبيهة بالتعلم.

وفقًا لأستاذ جامعة روتجرز شيرام راماناثان، الذي كان أستاذًا في جامعة بوردو في وقت العمل، لقد طوروا نظامًا مدفوعًا كهربائيًا بالكامل أظهر سلوكيات التعلم.

استند فريق البحث إلى موارد مصدر الفوتون المتقدم (APS)، وهو منشأة تابعة لمكتب العلوم في وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) في مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة.

التكيف والتأهب

الاستجابة الأولى التي تحدث هي التكيف، التي تحدث عندما يعتاد المادة على التعرض لصدمات كهربائية خفيفة.

فاني رودولاكيس هي فيزيائية وعالِمة في خط الإشعاع في APS.

“التكيف يشبه ما يحدث عندما تعيش بالقرب من مطار”، يقول رودولاكيس.

“في اليوم الذي تتحرك فيه، تفكر ‘ما هذا الضوضاء’، ولكن في النهاية لا تلاحظها بعد ذلك”.

الاستجابة الثانية التي أظهرتها المادة هي التأهب، التي تحدث عند إدارة جرعة أكبر من الكهرباء.

“مع تحفيز أكبر، ينمو استجابة المادة بدلاً من التناقص مع مرور الوقت”، يقول رودولاكيس.

“إنه يشبه مشاهدة فيلم رعب، ثم يأتي شخص ما ويقول ‘بو!’ من خلف زاوية — ترى حقًا كيف يقفز”.

“تقريباً جميع الكائنات الحية تظهر هذه الخصائص”، يواصل راماناثان.

“إنها حقًا جانب أساسي من الذكاء”.

تتم التحكم في السلوكين بواسطة تفاعلات كمومية تحدث بين الإلكترونات.

“مثال على تحول الطور هو تحول السائل إلى صلب”، يقول رودولاكيس.

“المادة التي ننظر إليها هي على الحدود، والتفاعلات التنافسية التي تحدث على المستوى الإلكتروني يمكن أن تُقلب بسهولة في اتجاه أو آخر بواسطة تحفيزات صغيرة”.

وفقًا لramanathan، من الضروري أن يكون هناك نظام يمكن التحكم فيه بالكامل بواسطة الإشارات الكهربائية.

“القدرة على معالجة المواد بهذه الطريقة ستسمح للأجهزة بأخذ بعض مسؤولية الذكاء”، يقول.

“استخدام الخصائص الكمومية للحصول على الذكاء في الأجهزة يمثل خطوة رئيسية نحو الحوسبة الكفية في استهلاك الطاقة”.

تجاوز مأزق الاستقرار والمرنة

يمكن للعلماء استخدام الفرق بين التكيف والتأهب لتجاوز مأزق الاستقرار والمرنة، وهو تحدي كبير في تطوير الذكاء الاصطناعي.

“الذكاء الاصطناعي غالبًا ما يجد صعوبة في التعلم وتخزين معلومات جديدة دون переписة المعلومات التي تم تخزينها بالفعل أو ما تم تعلمه”، يقول رودولاكيس.

“الاستقرار المفرط يمنع الذكاء الاصطناعي من التعلم، ولكن المرنة المفرطة يمكن أن تؤدي إلى نسيان كارثي”.

وفقًا للفريق، كان أحد المزايا الكبيرة للدراسة الجديدة هو حجم جهاز أكسيد النيكل الصغير.

“لم يُجرَ هذا النوع من التعلم من قبل في الجيل الحالي من الإلكترونيات بدون عدد كبير من الترانزستورات”، يشرح رودولاكيس.

“نظام الوصلة الفردي هو أصغر نظام حتى الآن يظهر هذه الخصائص، وهو له آثار كبيرة على تطوير الدوائر العصبية الشبيهة”.