دانشمندان نورون‌هایی مصنوعی ساخته‌اند که ادراک انسانی را شبیه‌سازی می‌کنند

گفتنی است این دشواری به دلیل پیچیدگی حسی انسان است که بر شبکه‌ای پویا از نورون‌های حسی تکیه دارد؛ نورون‌هایی که با دریافت محرک‌های محیطی، به‌صورت الکتریکی فعال شده و اطلاعات را منتقل می‌کنند. اکنون همکاری میان دانشگاه نورث‌وسترن و مؤسسه فناوری جورجیا (Georgia Tech) این حوزه را یک گام به جلو برده است.

به گزارش سیلاد و به نقل از سای‌تک‌دیلی، این تیم موفق به ساخت نورون الکتروشیمیایی آلی با کارایی بالا شده‌اند که در بازه فرکانسی مشابه نورون‌های انسانی عمل می‌کند.

همچنین، پژوهشگران یک سیستم کامل ادراکی را توسعه داده‌اند که ترکیبی از مواد آلی نوین و نورون‌های مصنوعی طراحی‌شده به همراه گیرنده‌های لمسی و سیناپس‌های مصنوعی است. این سامانه قادر است سیگنال‌های لمسی را در زمان واقعی حس کرده و پردازش کند.
 
این دستاورد در مقاله‌ای در نشریه معتبر Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده و می‌تواند زمینه را برای توسعه ربات‌های هوشمند و سیستم‌هایی که تاکنون در حس‌کردن و درک دقیق محیط ضعف داشتند، فراهم کند.
 

 پیشرفتی در الکترونیک آلی

 
دکتر یائو یائو (استاد مهندسی در دانشگاه نورث‌وسترن و نویسنده اول مقاله) می‌گوید: «این مطالعه پیشرفت چشمگیری در حوزه الکترونیک آلی و کاربرد آن در پر کردن شکاف میان زیست‌شناسی و فناوری را نشان می‌دهد». وی می‌افزاید: «ما یک نورون مصنوعی کارآمد با ابعاد کوچک و ویژگی‌های عصبی برجسته ساختیم. با استفاده از این توانایی، یک سامانه ادراک لمسی نورومورفیک کامل ایجاد کردیم که فرآیندهای زیستی واقعی را شبیه‌سازی می‌کند.»
 

به گفته دکتر توبین جی. مارکس (نویسنده مسئول مقاله و استاد شیمی در دانشگاه نورث‌وسترن)، اکثر مدارهای عصبی مصنوعی موجود فقط در بازه‌ای محدود از فرکانس شلیک عمل می‌کنند. اما در این پروژه، نورون مصنوعی توانسته به عملکردی بی‌سابقه در تنظیم فرکانس شلیک دست یابد.
 
مارکس می‌گوید: «نورون ساخته‌شده در این مطالعه توانایی تنظیم فرکانس شلیک را در بازه‌ای دارد که ۵۰ برابر گسترده‌تر از مدارهای عصبی الکتروشیمیایی آلی فعلی است. این ویژگی‌ها آن را به دستاوردی پیشرفته در این زمینه تبدیل کرده است.»
 

 پژوهشگران کلیدی در این مطالعه

 
مارکس یکی از پیشگامان جهانی در حوزه‌های شیمی آلی فلزی، کاتالیز شیمیایی، علم مواد، الکترونیک آلی، فتوولتائیک و نانوفناوری است. او همچنین در دانشکده مهندسی مک‌کورمیک (McCormick) دانشگاه نورث‌وسترن، در رشته‌های مهندسی مواد، مهندسی شیمی و زیستی، و فیزیک کاربردی تدریس می‌کند.

نویسنده همکار دیگر، دکتر “آنتونیو فاچتی” (Antonio Facchetti)، استاد مهندسی مواد در جورجیا تک است و در عین حال استاد کمکی شیمی در نورث‌وسترن نیز هست.
 
فاچتی می‌گوید: «این مطالعه نخستین سیستم کامل ادراک لمسی نورومورفیک مبتنی بر نورون‌های مصنوعی را ارائه می‌دهد که در آن گیرنده‌های لمسی مصنوعی و سیناپس‌های مصنوعی با هم ادغام شده‌اند. این سامانه می‌تواند محرک‌های لمسی را به سیگنال‌های عصبی شلیک‌شونده رمزگذاری کرده و آن‌ها را به پاسخ‌های پس‌سیناپسی تبدیل کند.»
 

 همکاری میان‌رشته‌ای برای طراحی سیستم ادراکی مصنوعی

 
این پروژه حاصل همکاری میان رشته‌ای پژوهشگرانی از حوزه‌های مختلف بود. گروهی از شیمی‌دان‌ها مواد آلی پیشرفته‌ای را سنتز کردند که سپس پژوهشگران حوزه الکترونیک آن‌ها را در طراحی و ساخت مدارها به کار بردند و در نهایت، سامانه یکپارچه‌ای ایجاد شد.
 
گفته می‌شود مغز انسان با داشتن شبکه‌ای شامل بیش از ۸۶ میلیارد نورون که هر لحظه آماده فعال‌سازی هستند، الگویی بی‌نظیر برای ساخت سیستم‌های ادراکی است. با این حال، بازتولید چنین سیستمی به‌ویژه از نظر ابعاد و مقیاس‌پذیری، برای دانشمندان بسیار دشوار است.
 
در نهایت، پژوهشگران امیدوارند در مدل‌های آینده، بتوانند ابعاد این نورون‌های مصنوعی را کاهش دهند تا بیش از پیش به شبیه‌سازی کامل سیستم‌های حسی انسان نزدیک شوند. این گام می‌تواند انقلابی در فناوری رباتیک، پروتزهای هوشمند، و تعامل انسان‌-ماشین ایجاد کند.