Neuroračunar
Neuroračunar (engl. Wetware) je organski računar (koji se takođe može nazvati i veštački organski mozak ili biološki računar) sastavljen od organskog materijala kao što su živi neuroni.[1] Mašinski računari sastavljeni od neurona su značajno različiti od konvencionalnih računara jer se smatra da su sposobni na način "razmišljanja za sebe", zbog dinamičke prirode neurona.[2] Dok je neuroračunar i dalje u velikoj meri konceptualan, postignut je neki uspeh u izgradnji i prototipizaciji, što je dokaz realne primene koncepta u budućnosti. Najznačajniji primeri prototipovanja potiču od istraživanja koje je uradio biološki inženjer Vilijam Dito, tokom svog boravka na Džordžija institutu za tehnologiju.[3] Njegov rad se ogledao u izgradnji jednostavnog neuroračunara koji je sposoban za osnovno sabiranje a koji je bio sačinjen od neurona pijavica i kao takav bio značajno otkriće koncepta. Ovo istraživanje je glavni primer interesovanja za stvaranje ovakvih veštački konstruisanih ali i dalje organskih mozgova.
Pregled
urediKoncept neuroračunara je od posebnog interesa za oblast računarske proizvodnje. Posebna primena neuroračunara od interesa računarskoj industriji je u tesnoj vezi sa Murovim zakonom. Ovo zapažanje Gordona Mura kaže da se broj tranzistora, koji se mogu postaviti na silikonski čip, udvostručuje na oko dve godine. Murov zakon je decenijama delovao kao cilj industrije, ali s obzirom da se veličina računara još uvek smanjuje, sposobnost dostizanja ovog cilja postala je mnogo teža.[4] Zbog poteškoća u smanjenju veličine računara, zbog ograničenja veličine tranzistora i integrisanih kola, neuroračunar pruža neobičnu alternativu. Mrežni računar sastavljen od neurona je idealni koncept jer, za razliku od konvencionalnih materijala koji rade binarno, neuron se može kretati kroz hiljade stanja, konstantno menjajući svoju hemijsku konformaciju i preusmeravajući električne impulse u preko 200 000 kanala njegove sinaptičke mreže.[3] Zbog ove velike razlike u mogućim postavkama svakog od neurona, u poređenju sa binarnim ograničenjima konvencionalnih računara, ograničenja su daleko manja.[3]
Pozadina
urediReč neuroračunar (eng. Wetware) je poseban i nekonvencionalan koncept koji je u tesnoj vezi i sa hardverom i sa softverom konvencionalnih računara. Dok se "hardver" shvata kao fizička arhitektura tradicionalnih računara, izgrađenih od električnih kola i silicijumskih ploča, "softver" je konceptualna suprotnost hardvera, predstavlja kodiranu arhitekturu skladišta i instrukcija. Neuroračunar je zaseban koncept u čijoj je srži formiranje organskih molekula, uglavnom složenih ćelijskih struktura (poput neurona) kako bi se napravio jedan računarski uređaj. U neuroračunaru ideje o hardveru i softveru su isprepletene i međusobno zavisne. Molekularni i hemijski sastav, organske ili biološke strukture, predstavlja ne samo fizičku strukturu neuroračunara, već i njegov "softver", koji se kontinuirano reprogramira diskretnim električnim impulsima i gradijentima koncentracije hemijskih supstanci, dok molekuli menjaju svoje strukture zarad slanja signala. Brzina reakcije ćelije, proteina i molekula na promenu konformacija u okviru sopstvenih struktura kao i oko njih, povezuje ideje o unutrašnjem programiranju i spoljašnjoj strukturi na način koji je sasvim drugačiji od trenutnog modela konvencionalne računarske arhitekture.[1]
Struktura neuroračunara predstavlja model u kome su eksterna struktura i interno programiranje međusobno zavisni i jedinstveni; što znači da će promene u programiranju ili u načinu unutrašnje komunikacije između molekula predstavljati fizičku promenu u samoj strukturi uređaja. Dinamička priroda neuroračunara je zapravo pozajmljena iz same funkcije složenih ćelijskih struktura u biološkim organizmima. Kombinacija "hardvera" i "softvera" u jedan dinamičan i međusobno zavisni sistem koji koristi organske molekule za stvaranje nekonvencionalnog modela računarskih uređaja je specifičan primer primenjene biorobotike.
Ćelije kao model mreže
urediĆelije se na mnoge načine i same mogu posmatrati kao jedan prirodan primer neuroračunara, slično konceptu da je ljudski mozak već postojeći primer složenijeg neuroračunara. U svojoj knjizi Neuroračunar: računar u svakoj živoj ćeliji (2009) Denis Brej objašnjava svoju teoriju da ćelije, koje su najosnovniji oblik života, predstavljaju samo kompleksnu računarsku strukturu. Da pojednostavimo jedan od njegovih argumenata, ćelija se može posmatrati kao vrsta računara, koristeći sopstvenu struktuiranu arhitekturu. U ovoj arhitekturi, slično kao tradicionarni računar, mnoge manje komponente funkcionišu u sinhroniji kako bi primale ulaz, procesuirale informacije i izračunavale izlaz. U previše pojednostavljenoj i ne-tehničkoj analizi, ćelijska funkcija može biti podeljena na sledeće komponente. Informacije i uputstva za izvršavanje se čuvaju u obliku DNK u ćeliji, RNK deluje kao izvor za kodirani ulaz koji obrađuju ribozomi i drugi transkripcioni faktori kako bi se pristupilo DNK a zatim i procesuirao i kao izlaz dobio protein. Brejov argument u korist razmatranja ćelija i ćelijskih struktura kao primer prirodnih računskih uređaja važan je prilikom razmatranja primena neuroračunara u biorobotici.[1]
Biorobotika
urediNeuroračunar i biorobotika su blisko povezani koncepti. Struktura biorobotike može se definisati kao sistem modelovan od već postojećeg organskog kompleksa ili modela kao što su ćelije (neuroni) ili složenijih struktura poput organa (mozga) ili celih organizama.[5] Za razliku od neuroračunara, koncept biorobotike ne predstavlja uvek sistem sastavljen od organskih molekula, već se može sastojati i od konvencionalnih materijala koji su projektovani i sastavljeni u sličnoj strukturi kao i sam biološki model. Biorobotika ima mnogo primena i koristi se pretežno za rešavanje problema nastalih iz konvencionalne računarske arhitekture. Konceptualno posmatrano, dizajniranje programskog, robotskog ili računarskog uređaja na osnovu već postojećeg biološkog modela, kao što je ćelija, ili čak celog organizma, daje inženjeru ili programeru prednosti uvođenja prirodnih rešenja nastalih iz procesa evolucije u sam model.[6]
Primena i ciljevi
urediOsnovni neuroračunar sastavljen od neurona pijavica
uredi1999. godine Vilijam Dito i njegov tim istraživača na Džordžija institutu za tehnologiju i Univerzitetu Emori stvorili su osnovni oblik računara sposobnog za prosto sabiranje, koristeći neurone pijavica.[7] Pijavice su korišćene zbog veličine njihovih neurona i jednostavnosti nalaženja i manipulacije istim. Računar je bio u stanju da izvrši osnovno sabiranje pomoću električnih sondi ubačenih u neuron. Međutim, manipulacija električne struje kroz neurone nije bio jednostavan zadatak. Za razliku od konvencionalne kompjuterske arhitekture koja se bazira na binarnim stanjima, neuroni su sposobni da postoje u hiljadama stanja i komuniciraju jedni s drugima kroz sinaptičke veze gde svaka od njih sadrži preko 200 000 kanala.[8] Svaki se može dinamički pomeriti u procesu pod nazivom "samoorganizacija" kako bi konstantno formirali i reformirali nove veze. Konvencionalni kompjuterski program pod nazivom "dinamična spona" napisao je Iv Marder, neurobiolog na Brandejs univerzitetu koji je mogao uživo da čita električne impulse diretno iz neurona i istovremeno ih i tumači. Ovaj program je korišćen u manipulaciji električnih signala, propuštenih kroz neurone, zarad predstavljanja brojeva i komunikacije jednih sa drugima zarad vraćanja rezultata tj. sume.[3]
Biološki modeli za konvencionalno računarstvo
urediNakon svog rada na stvaranju osnovnog računara od neurona pijavica, Dito je nastavio da radi ne samo sa organskim molekulima i neuroračunarima, već i sa konceptom primene haotične prirode bioloških sistema i organskih molekula u konvencionalne materijale i logičke kapije. Haotični sistemi imaju prednosti u generisanju šablona i računanju viših funkcija u obliku memorije, aritmetičke logike i ulazno/izlaznih operacija.[9] U svom članku Izgradnja haotičnog kompjuterskog čipa Dito govori o prednostima u programiranju pri korišćenju haotičnih sistema, zbog njihove veće osetljivosti da reaguju i ponovo konfigurišu logičke kapije. Glavna razlika između haotičnog kompjuterskog čipa i konvencionalnog računarskog čipa je rekonfigurabilnost haotičnog sistema.[9]
Buduće primene neuroračunara
urediPodpolje organskih računara i neuroračunara je i dalje u velikoj meri hipotetičko i u preliminarnoj fazi. Iako još uvek nije došlo do velikih događaja u stvaranju organskog kompjutera još od stvaranja kalkulatora razvijenog od strane Vilijama Ditoa 1990. godine, istraživanje pomenuto u gornjim odeljcima nastavlja da napreduje. Specifični primeri istraživanja, kao što je modeliranje haotičnih puteva u silicijumskim čipovima Vilijama Ditoa, stvorili su nova otkrića u vezi načina organizovanja tradicionalnih silicijumskih čipova, a struktuiranje računarske arhitekture je efikasnije i bolje.[9] Ideje koje proizilaze iz oblasti kognitivne biologije takođe pomažu u napredovanju i to u obliku struktuiranja sistema za veštačku inteligenciju, u cilju boljeg simuliranja postojećih sistema kod ljudi.[10]
Vidi još
urediReference
uredi- ^ a b v Bray, Dennis (2009). Wetware: A Computer in Every Living Cell. Yale University Press. ISBN 9780300155440.
- ^ „Biological Computer Born”. BBC News. 2. 6. 1999. Pristupljeno 24. 10. 2017.
- ^ a b v g Sincell, Mark. "Neurocomputers." Discover, vol. 21, no. 10, Oct. (2000). pp. 28–30. EBSCOhost, envoy.dickinson.edu/login?url=http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=rgm&AN=503722030&site=eds-live&scope=site.
- ^ Popkin, Gabriel (15. 2. 2015). „Moore's Law Is About To Get Weird”. Nautilis. Arhivirano iz originala 26. 12. 2017. g. Pristupljeno 25. 10. 2017.
- ^ Ljspeert, Auke (10. 10. 2014). „Biorobotics: Using robots to emulate and investigate agile locomotion”. Science. 346 (6206): 196—203.
- ^ Trimmer, Bary (12. 11. 2008). „New Challenges in Biorobotics: Incorporating Soft Tissue into Control Systems”. Applied Bionics and Biomechanics. 5 (2008) Issue 3: 119—126.
- ^ Future Tech | DiscoverMagazine.com
- ^ Leu, George; Singh, Hemant Kumar; Elsayed, Saber (2016). Intelligent and Evolutionary Systems: The 20th Asia Pacific Symposium, IES 2016, Canberra, Australia, November 2016, Proceedings (na jeziku: engleski). Springer. ISBN 9783319490496.
- ^ a b v Ditto, William. „Construction of a Chaotic Computer Chip” (PDF). Pristupljeno 24. 10. 2017.
- ^ Fitch, W. Tecumseh (25. 8. 2007). „Nano-Intentionality: A Defense of Intrinsic Intentionality”. Springer.
Literatura
uredi- Bray, Dennis (2009). Wetware: A Computer in Every Living Cell. Yale University Press. ISBN 9780300155440.