Chip Elektronik Yang Membuat “Kenangan” Adalah Langkah Menuju Pembuatan Otak Bionik – Cara apa yang lebih baik untuk membuat chip komputer yang lebih cerdas selain meniru komputer alam yang paling sempurna otak manusia? Mampu menyimpan, menghapus, dan memproses informasi sangat penting untuk komputasi, dan otak melakukannya dengan sangat efisien.
Chip elektronik baru kami menggunakan cahaya untuk membuat dan memodifikasi memori, membawa kita lebih dekat ke arah kecerdasan buatan (AI) yang dapat meniru kecanggihan otak manusia.
Untuk mengembangkan ini, kami mendapat inspirasi dari teknik baru yang disebut optogenetika, untuk mengembangkan perangkat yang mereplikasi cara otak menyimpan (dan kehilangan) informasi. Optogenetika melibatkan penggunaan cahaya untuk mengontrol sel di jaringan hidup, biasanya sel saraf (neuron).
Bidang sains ini memungkinkan kita untuk mempelajari sistem kelistrikan tubuh dengan presisi yang luar biasa, menggunakan cahaya untuk memanipulasi neuron sehingga dapat dihidupkan atau dimatikan. Jadi bagaimana jika kita menerapkan pendekatan yang sama untuk mendesain chip komputer?
Menggunakan Cahaya Untuk Membuat Kenangan
Koneksi saraf terjadi di otak melalui impuls listrik. Ketika lonjakan energi kecil mencapai tegangan ambang tertentu, neuron mengikat bersama dan Anda sudah mulai membuat memori.
Chip baru kami, yang detailnya dipublikasikan di jurnal Small and Advanced Functional Materials, bertujuan untuk melakukan hal yang sama menggunakan elektronik.
Ini didasarkan pada bahan sangat tipis yang mengubah hambatan listrik sebagai respons terhadap panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ini memungkinkannya meniru cara kerja neuron untuk menyimpan dan menghapus informasi di otak.
Ini berarti kita dapat mensimulasikan cara kerja bagian dalam otak hanya dengan menyinari berbagai warna ke dalam chip kita.
Kami juga telah mendemonstrasikan bahwa chip dapat melakukan pemrosesan informasi dasar yang melibatkan operasi logika sederhana di mana beberapa input dapat digabungkan untuk menghasilkan output tertentu. Ini menandai kotak lain untuk fungsionalitas seperti otak.
Bagaimana Chip Bekerja
Menyinari chip akan menghasilkan arus listrik di bahan peka cahaya chip. Perpindahan warna menyebabkan arus berbalik arah dari positif ke negatif.
Sakelar arah ini setara dengan pengikatan dan pemutusan koneksi antara neuron di otak, mekanisme yang memungkinkan neuron untuk terhubung (dan membentuk ingatan baru) atau memutuskan (dan melupakannya lagi).
Dalam optogenetika, modifikasi neuron yang diinduksi cahaya menyebabkan mereka hidup atau mati, mengaktifkan atau menghambat koneksi ke neuron berikutnya dalam rantai. Proses berbasis cahaya inilah yang dapat ditiru oleh chip kami.
Untuk mengembangkan teknologinya, kami menggunakan bahan yang disebut fosfor hitam, dengan struktur molekul yang sedikit berubah bentuk karena atom yang hilang. Cacat seperti ini biasanya dipandang sebagai masalah elektronik, tetapi kami telah memanfaatkannya untuk keuntungan kami.
Cacat memungkinkan kita untuk memanipulasi perilaku material untuk meniru koneksi saraf dan pemutusan, tergantung pada panjang gelombang cahaya yang menyinari material tersebut.
Berpikir Ke Depan
Chip baru kami membawa kami lebih jauh ke jalur menuju komputasi berbasis cahaya yang cepat, efisien, dan aman.
Ini juga membawa kita selangkah lebih dekat untuk menciptakan otak bionik yang dapat belajar dari lingkungannya seperti yang kita lakukan.
Mampu mereplikasi perilaku saraf pada chip elektronik juga menawarkan jalan menarik bagi penelitian untuk lebih memahami otak dan bagaimana otak dipengaruhi oleh gangguan yang mengganggu koneksi saraf, seperti penyakit Alzheimer dan bentuk demensia lainnya.
Otak manusia terdiri dari milyaran neuron dalam jaringan yang terhubung. Mereka berkomunikasi satu sama lain dengan menggunakan urutan sinyal listrik untuk mengekspresikan perilaku yang berbeda, seperti belajar melalui organ sensorik atau proses yang lebih rumit seperti emosi dan memori.
Gangguan apa pun pada rangkaian pensinyalan ini dapat menyebabkan hilangnya koneksi saraf vital ini, yang berpotensi menyebabkan kehilangan memori dan demensia.
Untuk menyembuhkan gangguan ini, diperlukan identifikasi neuron yang salah dan pemulihan rutinitas pensinyalannya, tanpa memengaruhi fungsi neuron lain di jaringan.
Jadi dengan memiliki model komputer otak, ahli saraf akan dapat mensimulasikan fungsi dan kelainan otak, dan bekerja menuju penyembuhan, tanpa perlu subjek uji yang hidup.
Teknologi kami juga berpotensi dapat digabungkan ke dalam perangkat elektronik yang dapat dikenakan, prostetik bionik, atau gadget pintar yang dilengkapi dengan kecerdasan buatan.
Namun masih ada beberapa rintangan yang harus diselesaikan sebelum teknologi ini dapat dikomersialkan. Dan tentu saja, jalan panjang yang harus kita tempuh untuk membangun jaringan sebesar dan serumit otak manusia, atau bahkan bagian darinya yang dapat berguna bagi ahli saraf.
Namun kami berharap pada akhirnya bahwa teknologi ini dapat berinteraksi dengan jaringan hidup, memunculkan perangkat bionik seperti implan retinal. Retina manusia mengandung sel-sel yang peka terhadap panjang gelombang cahaya yang berbeda, menghasilkan sinyal yang diinterpretasikan oleh otak sebagai warna yang berbeda.