Massachusetts Amherst Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, insan beynindeki nöronların elektriksel faaliyetlerini taklit eden yeni bir yapay nöron tasarlamayı başardı.
Bu çalışma, elektrik üreten bakterilerden elde edilen protein nano tellerini temel alan önceki araştırmaların üzerine inşa edilmiştir.
Araştırmanın başyazarı ve yüksek lisans öğrencisi Shuai Fu, Nature Communications dergisinde yayımlanan makalede, “Beynimiz çok büyük miktarda veriyi işliyor ancak enerji tüketimi oldukça düşük. Buna karşın, ChatGPT gibi büyük dil modellerinin çalışması için binlerce kat fazla elektrik gerekiyor” şeklinde açıklamada bulundu.
Biyolojik Sistemlerden 100 Kat Daha Verimli
İnsan vücudu, tipik bir bilgisayar devresine göre 100 kat daha fazla enerji verimliliğiyle çalışmaktadır.
Beyinde bulunan milyarlarca nöron, elektrik sinyallerini vücudun farklı bölgelerine iletiyor.
Örneğin, insan beyni bir hikâye yazma görevini yaklaşık 20 watt güçle gerçekleştirebilirken, aynı görev büyük bir dil modeli için bir megawattan fazla enerji gerektirebiliyor.
Düşük Voltajla Çalışan Yeni Nesil Nöron
Mühendisler, uzun süredir biyolojik sistemler kadar verimli çalışan yapay nöronlar geliştirmeye çalışıyorlardı. Ancak elektrik voltajını biyolojik seviyelere düşürmek, büyük bir engel teşkil ediyordu.
Araştırmanın kıdemli yazarı ve üniversitenin elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Jun Yao, “Önceki yapay nöronlar bizimkinden 10 kat daha yüksek voltajda ve 100 kat daha fazla enerji ile çalışıyordu. Bu da canlı hücrelerle doğrudan bağlantı kurmalarını imkânsız hale getiriyordu,” dedi.
Yeni tasarlanan yapay nöronun sadece 0,1 volt ile çalıştığını vurgulayan Yao, bunun “insan vücudundaki nöronlarla aynı seviyede” olduğunu ifade etti.
Bioteknoloji ve Bilgisayarlarda Yeni Bir Dönem
Araştırmacılar, bu düşük voltajlı yapay nöronun biyolojik ilhamlı bilgisayar sistemlerinin yanı sıra insan dokularıyla doğrudan iletişim kurabilen cihazların geliştirilmesinde de kullanılabileceğini belirtiyor.
Yao, “Bugün birçok giyilebilir elektronik sensör var, ancak bunlar hem hantal hem de verimsiz. Vücuttan gelen zayıf sinyalleri analiz edebilmek için önce güçlendirmek gerekiyor. Bizim sistemimiz bu ara adımı ortadan kaldırabilir,” şeklinde açıklamada bulundu.
Gücünü Elektrik Üreten Bakterilerden Alıyor
Yeni yapay nöronun “gizli bileşeni”, Geobacter sulfurreducens adlı bakteriden üretilen protein nano telleri oldu. Bu bakteri, doğrudan elektrik üretme yeteneği ile tanınıyor.
Yao ve ekibi, bu bakterinin nano tellerini daha önce terle çalışan biyofilmler, hastalığı tespit edebilen elektronik burunlar ve havadan enerji üreten cihazlar gibi projelerde de kullanmışlardır.
Bu çalışma, ABD Kara Kuvvetleri Araştırma Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) ve Alfred P. Sloan Vakfı tarafından desteklenmiştir.
