科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種類(lèi)似大腦行為的納米設(shè)備

（文章來(lái)源：萬(wàn)象經(jīng)驗(yàn)）

加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家詹姆斯·吉姆澤夫斯基和亞當(dāng)·斯蒂格是一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)的成員，該團(tuán)隊(duì)朝著創(chuàng)造思維機(jī)器的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。在日本國(guó)家材料科學(xué)研究所的研究人員的帶領(lǐng)下，研究小組創(chuàng)造了一種實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置顯示出類(lèi)似于大腦學(xué)習(xí)、記憶、遺忘、清醒和睡眠的某些行為特征。這篇發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的論文描述了一個(gè)處于不斷變化狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。

“這是一個(gè)介于有序和混沌之間的系統(tǒng)，處于混沌的邊緣?！毖芯咳藛T說(shuō)，“該設(shè)備以不斷進(jìn)化和變化的方式模仿了人類(lèi)大腦。它會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的行為模式，而且不會(huì)重復(fù)?！边@項(xiàng)研究是沿著這條道路邁出的早期一步，最終可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)在物理和功能上類(lèi)似于大腦機(jī)器，它們可能能夠解決當(dāng)代計(jì)算機(jī)所面臨的問(wèn)題，并且可能比當(dāng)今的計(jì)算機(jī)所需要的電能要少得多。

研究人員研究的這個(gè)裝置是由平均直徑只有360納米的銀納米線纏繞而成的。納米線被包覆在約1納米厚的絕緣聚合物中?？偟膩?lái)說(shuō)，這個(gè)裝置的面積大約是10平方毫米。納米線可以在硅片上隨機(jī)自組裝，形成高度互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，與形成大腦皮層的結(jié)構(gòu)非常相似，大腦皮層涉及語(yǔ)言、感知和認(rèn)知等更高功能。

將納米線網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電子電路區(qū)別開(kāi)來(lái)的一個(gè)特點(diǎn)是，電子流過(guò)納米線網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在這項(xiàng)研究中，電流導(dǎo)致銀原子從聚合物涂層內(nèi)遷移，并在兩條納米線重疊處形成連接。這個(gè)系統(tǒng)有大約一千萬(wàn)個(gè)這樣的連接，類(lèi)似于腦細(xì)胞連接和交流的突觸。

研究人員將兩個(gè)電極連接到類(lèi)似大腦的網(wǎng)狀物上，以觀察網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。他們觀察到“緊急行為”，這意味著網(wǎng)絡(luò)顯示出整體特征，而這些特征不能歸因于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分。這是另一個(gè)特點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似于大腦，并將其與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)區(qū)分開(kāi)來(lái)。當(dāng)電流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后，納米線之間的連接在某些情況下會(huì)持續(xù)一分鐘之久，這類(lèi)似于大腦的學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程。其他時(shí)候，在充電結(jié)束后，這些連接會(huì)突然關(guān)閉，模仿大腦的遺忘過(guò)程。

在其他的實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入的能量較少時(shí)，該設(shè)備表現(xiàn)出的行為與神經(jīng)科學(xué)家使用功能性核磁共振成像(MRI)拍攝睡眠中的人的大腦圖像時(shí)所看到的一致。在更大的功率下，納米線網(wǎng)絡(luò)的行為與清醒大腦的行為一致。這項(xiàng)研究的合著者斯蒂格說(shuō)：“我們的方法可能有助于產(chǎn)生既節(jié)能又能處理現(xiàn)代計(jì)算機(jī)極限的復(fù)雜數(shù)據(jù)集的新型硬件?！?/p>

納米線網(wǎng)絡(luò)的邊緣混沌活動(dòng)不僅類(lèi)似于大腦內(nèi)部的信號(hào)，而且類(lèi)似于其他自然系統(tǒng)，如天氣模式。這可能意味著，隨著進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，該設(shè)備的未來(lái)版本可以幫助建立這樣復(fù)雜的系統(tǒng)模型。在其他的實(shí)驗(yàn)中，研究人員已經(jīng)成功地設(shè)計(jì)出了一種銀納米線設(shè)備，能夠根據(jù)前幾年的交通數(shù)據(jù)成功地預(yù)測(cè)洛杉磯交通模式的統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

由于它們與大腦內(nèi)部的工作原理相似，未來(lái)基于納米線技術(shù)的設(shè)備也可以像大腦自身的處理一樣展示出能源效率。人腦的用電量大致相當(dāng)于一個(gè)20瓦白熾燈的用電量。相比之下，那些承擔(dān)大量工作任務(wù)的計(jì)算機(jī)服務(wù)器所消耗的能源相當(dāng)于許多家庭的能源總量，同時(shí)還伴隨著碳足跡。
（責(zé)任編輯：fqj）