اولین رایانه زنده جهان با ۱۶ مغز رشد یافته

به گزارش سیلاد از ایسنا، یک شرکت فناور سوئیسی به نام فاینال اسپارک(Final Spark) با موفقیت یک پلتفرم عصبی یا نوروپلتفرم(Neuroplatform) را راه‌اندازی کرده است که اولین پلتفرم پردازش زیستی جهان است که در آن ارگانوئیدهای مغز انسان(نسخه‌های کوچک شده اندام در آزمایشگاه) وظایف محاسباتی را به جای تراشه‌های سیلیکونی انجام می‌دهند.

این اولین رایانه زنده جهان میزبان مهارت پردازش ۱۶ ارگانوئید مغزی است که به ادعای این شرکت، یک میلیون برابر انرژی کمتری نسبت به همتایان سیلیکونی خود مصرف می‌کند.

تراشه‌های مبتنی بر سیلیکون که با کوچک‌تر کردن و مقیاس‌پذیری آسان‌تر تراشه‌ها محاسبات را متحول کرده‌اند، در عین حال به ناکارآمدی و بازدهی نه چندان خوب نیز شناخته می‌شوند. ترانزیستورهای این تراشه‌ها منبع انرژی آنها هستند و با افزایش کاربردهایی مانند توسعه مدل‌های هوش مصنوعی، تأثیر این ناکارآمدی‌ها نیز آشکارتر می‌شود.

طبق برآوردهای فاینال اسپارک، آموزش مدل محبوب زبان بزرگ GPT-۳ که ChatGPT را در روزهای ابتدایی خود تغذیه می‌کرد، به تنهایی ۱۰ گیگاوات‌ساعت انرژی مصرف می‌کرد. این انرژی ۶۰۰۰ برابر بیشتر از مصرف متوسط ​​یک شهر اروپایی در تمام یک سال کامل است.

جایگزینی تراشه‌های سیلیکونی با پردازنده‌های زیستی می‌تواند منجر به صرفه‌جویی شدید در مصرف انرژی شود.

فاینال اسپارک به آزمایشگاه‌های تحقیقاتی اجازه می‌دهد تا قدرت پردازشگرهای بیولوژیکی خود را در نوروپلتفرم تجربه کنند.

نوروپلتفرم چگونه کار می‌کند؟
از آنجایی که نوروپلتفرم از بافت مغز انسان برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کند، اساساً پلتفرمی است که در آن سخت افزار، نرم افزار و زیست شناسی در کنار هم قرار می‌گیرند. محققان اغلب از چنین سیستمی به عنوان تَرافزار(wetware) یاد می‌کنند، زیرا شامل یک جزء بیولوژیکی است.

شرکت فاینال اسپارک این اجزای متنوع را از طریق یک راه‌اندازی خلاقانه به نام آرایه‌های چند الکترودی(MEAs) به کار انداخته است، جایی که توده‌های سه‌بعدی بافت مغز در آن قرار می‌گیرند.

هر آرایه چند الکترودی(MEA) دارای چهار ارگانوئید مغزی است که با هشت الکترود ارتباط دارند. این الکترودها نقش دوگانه تحریک ارگانوئیدها و ثبت داده‌هایی را که پردازش می‌کنند، ایفا می‌کنند.

انتقال اطلاعات از طریق مبدل‌های دیجیتال آنالوگ با وضوح ۱۶ بیت و فرکانس ۳۰ کیلوهرتز انجام می‌شود. یک سیستم میکروسیال پشتیبانی حیاتی را برای آرایه‌های چند الکترودی فراهم می‌کند و دوربین‌ها می‌توانند بر عملکرد کلی آنها نظارت کنند.

در بخش نرم افزار نیز نوروپلتفرم شامل یک پشته است که ورود متغیرها را برای محاسبات و خواندن و تفسیر داده‌های خروجی تسهیل می‌کند.

یک زیست‌پردازنده چه مدت کار می‌کند؟
شرکت فاینال اسپارک ادعا می‌کند که پردازنده آن یک میلیون بار کمتر از یک تراشه سیلیکونی انرژی مصرف می‌کند. با این حال، بخش زنده تنظیمات محاسباتی آن نیز با این خطر مواجه است که می‌میرد و بالاخره زمانی از کار می‌افتد.

برخلاف تراشه‌های سیلیکونی که فقط به برق نیاز دارند و می‌توانند اگر نگوییم چند دهه، تا سال‌ها کار کنند، در هنگام استفاده از یک جزء بیولوژیکی نیاز به تامین انرژی برای سیستم است و همچنان با خطر مرگ آن مواجه هستیم.

فاینال اسپارک در سال‌های اولیه خود با چالش‌های زیادی روبرو بود، زیرا ارگانوئیدها تنها ظرف چند ساعت می‌مردند. این شرکت روی این نقص کار کرده و سیستم‌های MEA خود را بهبود بخشیده است تا اطمینان حاصل شود که ارگانوئیدها تا ۱۰۰ روز زنده بمانند.

نوروپلتفرم اکنون برای کاربران سازمانی برای اهداف تحقیق و توسعه در دسترس قرار گرفته است. طبق گزارش‌ها این دسترسی با قیمت ۵۰۰ دلار برای هر کاربر در هر ماه ارائه می‌شود.

شرکت فاینال اسپارک با همکاری ۹ موسسه دیگر امیدوار است که به زودی اولین پردازنده زنده دنیا را بسازد.

یافته‌های این پژوهش در مجله Frontiers in Artificial Intelligence منتشر شده است.