Jaringan nanowire belajar dan mengingat seperti otak manusia

Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh para ilmuwan di University of Sydney telah menunjukkan bahwa jaringan kawat nano dapat memproyeksikan memori jangka pendek dan jangka panjang seperti otak manusia.

Penelitian ini diterbitkan hari ini di jurnal Kemajuan ilmu pengetahuanDipimpin oleh Dr. Alon Loeffler, Ph.D. di Fakultas Fisika, dengan kolaborator di Jepang.

“Kami menemukan dalam penelitian ini bahwa fungsi kognitif tingkat tinggi, yang biasanya kita kaitkan dengan otak manusia, dapat disimulasikan dalam perangkat non-biologis,” kata Dr. Loeffler.

“Pekerjaan ini didasarkan pada penelitian kami sebelumnya di mana kami menunjukkan bagaimana nanoteknologi dapat digunakan untuk membangun perangkat listrik yang terinspirasi otak dengan sirkuit seperti jaringan saraf dan sinyal seperti sinaps.

“Pekerjaan kami saat ini membuka jalan menuju replikasi pembelajaran dan memori seperti otak dalam sistem perangkat keras non-biologis dan menunjukkan bahwa sifat yang mendasari kecerdasan seperti otak mungkin bersifat fisik.”

Jaringan nanowire adalah jenis nanoteknologi yang biasanya terbuat dari kabel perak yang sangat halus yang tidak terlihat oleh mata telanjang, ditutupi dengan bahan plastik, dan menyebar satu sama lain seperti jaring. Kabel meniru aspek struktur fisik otak manusia yang saling berhubungan.

Kemajuan dalam jaringan nanowire menjanjikan untuk banyak aplikasi dunia nyata, seperti meningkatkan robot atau sensor yang perlu membuat keputusan cepat di lingkungan yang tidak dapat diprediksi.

“Jaringan kawat nano ini mirip dengan jaringan syaraf tiruan karena kawat nano bertindak seperti neuron, dan tempat mereka terhubung satu sama lain mirip dengan sinapsis,” kata Profesor Zdenka Koncic, peneliti senior di School of Physics.

“Alih-alih melakukan semacam tugas pembelajaran mesin, dalam penelitian ini Dr. Loeffler mengambil satu langkah lebih jauh dan mencoba membuktikan bahwa jaringan kawat nano menampilkan beberapa jenis fungsi kognitif.”

Untuk menguji kemampuan jaringan kawat nano, para peneliti memberikannya tes yang mirip dengan tugas ingatan umum yang digunakan dalam eksperimen psikologi manusia, yang disebut tugas N-Back.

Untuk satu orang, tugas N-Back mungkin melibatkan mengingat gambar kucing tertentu dari serangkaian gambar kucing yang ditampilkan secara berurutan. Skor N-Back 7, yang merupakan rata-rata orang, menunjukkan bahwa seseorang dapat mengenali gambar yang sama yang ditampilkan tujuh langkah ke belakang.

Ketika diterapkan pada jaringan kawat nano, para peneliti menemukan bahwa ia dapat “mengingat” titik akhir yang diinginkan dalam rangkaian listrik tujuh langkah ke belakang, yang berarti skor 7 pada uji N-Back.

“Apa yang kami lakukan di sini adalah memanipulasi tegangan elektroda ujung untuk memaksa lintasan berubah, daripada membiarkan jaringan melakukan hal sendiri. Kami memaksa lintasan untuk pergi ke tempat yang kami inginkan,” kata Dr. Loeffler .

“Ketika kami melakukan itu, memorinya jauh lebih tinggi daripada resolusi dan tidak benar-benar menurun dari waktu ke waktu, yang menunjukkan kami menemukan cara untuk mengeraskan jalur untuk mendorongnya ke tempat yang kami inginkan, dan kemudian jaringan mengingatnya.

“Ahli saraf percaya bahwa begitulah cara otak bekerja, beberapa koneksi sinaptik diperkuat sementara yang lain melemah, dan diyakini bahwa inilah cara kita mengingat hal-hal tertentu, cara kita belajar, dan seterusnya.”

Ketika jaringan kawat nano terus diperkuat, kata para peneliti, itu mencapai titik di mana penguatan itu tidak lagi diperlukan karena informasi sedang dikonsolidasikan ke dalam memori.

“Ini semacam perbedaan antara ingatan jangka panjang dan ingatan jangka pendek di otak kita,” kata Profesor Koncic.

“Jika kita ingin mengingat sesuatu untuk jangka waktu yang lama, kita benar-benar perlu terus melatih otak kita untuk mengkonsolidasikannya, jika tidak maka akan memudar seiring waktu.

“Satu tugas menunjukkan bahwa jaringan kawat nano dapat menyimpan hingga tujuh item dalam memori pada tingkat yang jauh di atas tingkat peluang tanpa pelatihan penguatan dan dengan akurasi yang hampir sempurna dengan pelatihan penguatan.”