الكهرباء تساعد في العثور على مواد يمكنها “التعلم”

تمكن 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 Advanced Intelligent Systems.

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.

التعود والتحسيس

الاستجابة الأولى التي تحدث هي التعود، التي تحدث عندما تعتاد المادة على التعرض لصدمات كهربائية خفيفة. ورغم ارتفاع مقاومة المادة بعد النبضة الأولى، لاحظ الباحثون أنها تعتاد المنبه الكهربائي.

فاني رودولاكيس هي فيزيائية وعالِمة في خط الإشعاع في APS.

“التعود يشبه ما يحدث عندما تعيش بالقرب من مطار”، تقول رودولاكيس.

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

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

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

يتم التحكم في السلوكين بواسطة تفاعلات كمومية تحدث بين الإلكترونات. ولا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية وصف هذه التفاعلات، وهي تسهم في تأسيس الانتقال الطوري في المادة.

“مثال على تحول الطور هو تحول السائل إلى صلب”، تقول 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 لراماناثان، 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 الكفؤة في استهلاك الطاقة”.

تجاوز مأزق الاستقرار واللدونة

يمكن للعلماء استخدام الفرق بين التعود والتحسيس لتجاوز مأزق الاستقرار واللدونة، وهو تحدٍّ كبير في تطوير الذكاء الاصطناعي. غالبًا ما تواجه الخوارزميات صعوبة في التكيف مع المعلومات الجديدة، وعندما تتكيف قد تنسى بعض خبراتها أو معارفها السابقة. إذا صنع العلماء مادة قابلة للتعود، فيمكن تعليمها تجاهل المعلومات غير الضرورية أو نسيانها لتحقيق مزيد من الاستقرار. أما التحسيس فيمكن أن يدرب النظام على تذكر المعلومات الجديدة ودمجها، مما يتيح اللدونة.

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

“الاستقرار المفرط يمنع الذكاء الاصطناعي من التعلم، ولكن اللدونة 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”، توضح رودولاكيس.

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