تصور کنید که اگر رایانهها به جای تراشههای الکترونیکی و میلیاردها ترانزیستور، با حرکت ذرات بسیار کوچک درون مایع کار کنند، چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ اکنون این ایده آیندهنگرانه در آزمایشگاهی به واقعیت تبدیل شده است. دانشمندان رایانه کاملا متفاوتی ساختند که محاسبات را با استفاده از حرکت طبیعی ذرات میکروسکوپی انجام میدهد.
دانشمندانی دانشگاه کنستانس و دانشگاه اشتوتگارت در آلمان اظهار کردند: فناوری آنان در آینده میتواند به ساخت رایانههایی منجر شود که با مصرف انرژی بسیار کمتر، قادر به حل مسائل پیچیده باشند.
رایانههای امروزی اطلاعات را با استفاده از میلیاردها کلید الکترونیکی کوچک به نام ترانزیستور پردازش میکنند. این کلیدها با سرعت بسیار بالا روشن و خاموش میشوند تا عملیات محاسباتی انجام شود. سیستمهای هوش مصنوعی، ازجمله مدلهای زبانی بزرگ، نیز بر شبکههای عظیمی از واحدهای پردازشی ساده متکی هستند که هرچه قدرتمندتر میشوند، به سختافزار بیشتر و انرژی بیشتری نیاز دارند.
اما سیستم جدید رویکردی کاملا متفاوت دارد؛ پژوهشگران به جای مدارهای الکترونیکی، مایعی را با چند صد ذره میکروسکوپی پر کردند. این ذرات بهطور پیوسته در الگویی نوسانی و تکرارشونده حرکت میکنند. هنگامی که اطلاعات وارد سیستم میشود، ذرات از طریق حرکت مایع اطراف خود با یکدیگر تعامل میکنند.
حرکت این ذرات جریانهای بسیار کوچکی در مایع ایجاد میکند که بر حرکت ذرات مجاور اثر میگذارند. در نتیجه، مجموعهای از الگوهای پیچیده شکل میگیرد که اطلاعات ورودی را بهطور طبیعی پردازش میکند. در این روش، برخلاف رایانههای معمولی، لازم نیست هر مرحله از محاسبه بهصورت جداگانه برنامهریزی شود بلکه رفتار فیزیکی خود سیستم بخشی از فرایند پردازش را انجام میدهد.
این فناوری بر پایه روشی به نام «رایانش مخزنی» ساخته شده است. در این شیوه، سیستم فیزیکی پیچیده، اطلاعات ورودی را به الگوهای غنی و قابل تحلیل تبدیل میکند. سپس پژوهشگران ویژگیهای مشخصی از این الگوها را اندازهگیری میکنند تا نتیجه موردنظر به دست آید. در این روش نیازی نیست دانشمندان تمام جزئیات عملکرد داخلی سیستم را بدانند فقط کافی است سیستم بتواند بهطور پایدار و قابل پیشبینی به ورودیها پاسخ دهد.
این گروه پژوهشی اعلام کرد: این نخستین بار است که «رایانش مخزنی» با استفاده از مجموعه بزرگی از ذرات میکروسکوپی تعاملکننده در یک مایع نمایش داده میشود.
پژوهشگران برای آزمایش این رایانه جدید، چند وظیفه پیشبینی دشوار را به آن سپردند. یکی از این آزمایشها شامل پیشبینی سریهای زمانی آشوبناک بود؛ سیستمهایی مانند الگوهای آبوهوایی که به دلیل حساسیت شدید به تغییرات کوچک، پیشبینی آنها بسیار دشوار است. با وجود این پیچیدگی، رایانه مبتنی بر ذرات توانست پیشبینیهایی با دقت بالا ارائه دهد.
این فناوری قادر بود نشانههای بسیار کوچک و پنهان را در دادههایی که با حجم زیادی از نویز مخدوش شده بودند، تشخیص دهد. این توانایی اهمیت زیادی دارد، زیرا بسیاری از اندازهگیریهای واقعی شامل حجم زیادی از اطلاعات اضافی هستند که یافتن نشانههای مهم را دشوار میکنند.
دانشمندان هنگام بررسی زمینلرزهها دادههای لرزهای را تحلیل میکنند که اغلب با ارتعاشات بیارتباط همراه است. پژوهشگران اقلیم نیز مجموعهدادههای پیچیدهای را بررسی میکنند تا تغییرات اندکی را پیدا کنند که ممکن است نشانه مشکلات زیستمحیطی آینده باشند. رایانههایی که بتوانند چنین نشانههای ضعیفی را شناسایی کنند، میتوانند به ابزارهای ارزشمندی برای تحقیقات علمی تبدیل شوند.
با وجود آنکه این فناوری هنوز تنها در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد، پژوهشگران معتقدند نتایج آن نشان میدهد، پردازش اطلاعات فقط به فناوریهای الکترونیکی سنتی وابسته نیست. سیستمهای فیزیکی پیچیده نیز میتوانند بهصورت طبیعی عملیات پردازشی انجام دهند.
در آینده، این ایده ممکن است به توسعه نسل جدیدی از رایانههای کممصرف و حسگرهای هوشمند منجر شود که اطلاعات را در همان محل جمعآوری و تحلیل میکنند، بدون آنکه نیاز باشد همه دادهها به مراکز بزرگ پردازش منتقل شوند.
ساینس گزارش کرد، اگرچه این فناوری هنوز راه زیادی تا ورود به دنیای واقعی دارد اما نتایج این پژوهش، مسیر جدیدی را در دنیای محاسبات باز کرده است و نشان میدهد، حتی ذرات بسیار کوچک در حال حرکت در یک مایع نیز میتوانند در کنار یکدیگر مسائل پیچیده را حل کنند.
نتایج این پژوهش در نشریه Communications AI & Computing منتشر شده است.
انتهای پیام
