Yaşayan Hücrelerle İletişim Kurabilen İlk Yapay Nöron: 0,1 Volt ile Çalışıyor

Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden bir mühendis ekibi, elektriksel işlevleri biyolojik nöronlara neredeyse birebir benzeyen yapay bir nöron geliştirdiğini duyurdu. Laboratuvar ortamında üretilen nöron, artık vücuttaki hücreler kadar düşük enerjiyle çalışabiliyor. Araştırma, elektrik üreten bakterilerden elde edilen protein nanotellere dayanan önceki çalışmalar üzerine inşa edildi.

Söz konusu gelişme, doğadan ilham alan prensiplerle modellenmiş ultra verimli bilgisayarların önünü açabilecek bir adım olarak değerlendiriliyor. Gelecekte doğrudan canlı hücrelerle bağlantı kurabilen sistemlerin de kapısını aralayabilir.

Çalışmanın başyazarı ve elektrik ile bilgisayar mühendisliği yüksek lisans öğrencisi Shuai Fu Beynimiz muazzam miktarda veriyi işliyor ama güç kullanımı çok, çok düşük; özellikle ChatGPT gibi büyük dil modellerini çalıştırmak için harcanan enerjiyle karşılaştırıldığında.” diyor.

İnsan beyni yaklaşık 20 watt ile çalışırken, büyük bir yapay zeka modeli benzer görev için 1 megawatt’tan fazla elektrik harcıyor. Araştırmacıların amacı, bu devasa verimlilik farkını kapatmak.

Vücut Voltajında Çalışan Yapay Nöronlar

Beynimiz, olağanüstü verimlilikle sinyalleri üreten ve ileten milyarlarca özelleşmiş nörondan oluşuyor. Elektronik olarak aynı süreci taklit etmek ise yıllardır büyük zorluk çıkarıyor.

Çalışmanın kıdemli yazarı ve UMass Amherst’te elektrik ile bilgisayar mühendisliği doçenti Jun YaoÖnceki yapay nöron versiyonları 10 kat daha yüksek voltaj ve 100 kat daha fazla güç kullanıyordu; bizim geliştirdiğimiz nörondan çok daha verimsizlerdi.” diyor ve yeni başarıyı şöyle açıklıyor: “Bizimki yalnızca 0,1 volt kaydediyor; bu da vücudumuzdaki nöronlarla aynı seviyede.”

Düşük voltaj tasarımı sayesinde yapay nöronlar yalnızca bilgi işlem sistemlerine değil, aynı zamanda biyolojik hücrelerle doğrudan iletişim kurabilecek tıbbi cihazlara da entegre edilebilecek.

Biyolojiden İlham Alan Teknolojiler

Araştırmacılar, yeni nöron tasarımının kullanım alanlarının çok geniş olduğunu düşünüyor. Hem biyolojik prensiplere dayalı bilgisayarların geliştirilmesinde hem de insan vücuduyla doğrudan bağlantı kurabilen elektroniklerde devrim yaratabilir.

Yao’ya göre “Şu anda her türden giyilebilir elektronik algılama sistemine sahibiz ama bunlar görece hantal ve verimsiz. Vücudumuzdan gelen sinyali algıladıklarında, bilgisayarın analiz edebilmesi için önce onu elektriksel olarak güçlendirmeleri gerekiyor. Bu ara adım hem enerji tüketimini artırıyor hem de devreleri karmaşık hale getiriyor. Düşük voltajlı nöronlarımızla üretilen sensörler ise herhangi bir güçlendirme olmadan çalışabilir.

Atılımın temelinde, doğal olarak elektrik üreten Geobacter sulfurreducens bakterisinden elde edilen protein nanoteller bulunuyor. Yao ve ekibi, son yıllarda bu nanotellerle birçok sıra dışı teknoloji geliştirdi: küçük elektronik cihazları çalıştıran ter enerjili biyo-film, hastalıkları tespit eden “elektronik burun” ve havadan elektrik üreten bir cihaz. Yeni yapay nöron da listeye eklendi ve araştırmayı biyoloji ile bilişim arasındaki kesişim noktasına bir adım daha yaklaştırdı.

Çalışma, ABD Kara Araştırmaları Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Alfred P. Sloan Vakfı tarafından desteklendi. Bulgular Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/artificial-neuron-protein-nanowires-umass