במה שנראה כצעד משמעותי נוסף בדרך לפיתוח רובוטים חכמים ואינטואיטיביים באמת, חוקרים מאוניברסיטת RMIT באוסטרליה חשפו לאחרונה פריצת דרך בתחום החישה הנוירומורפית – מערכת מיקרוסקופית, מבוססת חומר, שמצליחה לחקות את האופן שבו המוח האנושי רואה, חושב, וזוכר – והכל בזמן אמת וללא צורך במעבד חיצוני.
מהי מערכת נוירומורפית וכיצד היא פועלת?
מערכות נוירומורפיות הן גישה חדשנית לחישוב, שמנסה לדמות את מבנה ותפקוד המוח האנושי – לא רק בתוכנה אלא גם בחומרה עצמה. הכוונה היא לבנות מערכות שמחקות את האופן שבו תאי עצב (נוירונים) אוגרים מידע, מפעילים "ספייקים" חשמליים, מאתחלים את עצמם ולומדים מהסביבה.
במקרה של חוקרי RMIT, היכולת הזו הושגה באמצעות שימוש בחומר דו-ממדי בשם מוליבדן דיסולפיד (MoS₂) – תרכובת מתכתית בעלת פגמים אטומיים שמסוגלת להגיב לאור ולתרגם אותו לאותות חשמליים, בדומה לפעולה של תאי עצב אמיתיים.
שכבות אטומיות דקיקות שמחקות את המוח
הלב של ההמצאה הוא בשכבות זעירות ודקות במיוחד של MoS₂, שיוצרו באמצעות תהליך כימי מדויק (CVD – Chemical Vapor Deposition). שכבות אלו לא רק מגיבות לאור – הן עושות זאת בדרך שמדמה את מודל ה-Leaky Integrate-and-Fire (LIF), מודל בסיסי של תאי עצב שבו המידע החשמלי "דולף" בהדרגה עד שנשלחת תגובה, ואז הנוירון מאתחל את עצמו ומוכן לקלט הבא.
באמצעות שליטה במתח חשמלי ("gate voltage"), החוקרים הצליחו לגרום למערכת לא רק לקלוט גירויים חזותיים אלא גם לאתחל את עצמה במהירות, וכך להגיב מיידית לשינויים – יכולת קריטית עבור חיישנים בזמן אמת.
בינה חזותית עם זיכרון מובנה
בין ההישגים הבולטים של המערכת החדשה:
זיהוי תנועות יד באמצעות חישת קצוות בתמונה – ללא צורך בעיבוד כל פריים.
שמירה של זיכרונות חזותיים – המערכת זוכרת תבניות חזותיות ויכולה להבדיל בין שינוי למה שנשמר.
עיבוד נתונים חסכוני – הפחתה דרמטית בכמות המידע הנדרש ובצריכת האנרגיה, בהשוואה למערכות וידאו רגילות.
כך למעשה המערכת פועלת כמו "עין חכמה עם מוח מובנה", שיכולה לראות, להבין, לזכור, וללמוד – והכל בממדים זעירים במיוחד וללא צורך במחשב מרכזי.
יישומים פוטנציאליים: רובוטים, רכבים אוטונומיים וסביבה חכמה
השלכות של טכנולוגיה כזו הן רחבות היקף:
רובוטים הומנואידים יוכלו לזהות שינויים בסביבה בזמן אמת, להגיב אליהם באופן חכם, ולתקשר עם בני אדם בצורה טבעית יותר.
רכבים אוטונומיים יוכלו לנתח סצנות חזותיות במהירות ובאמינות – קריטי במיוחד בסביבות משתנות ומורכבות.
מערכות סביבה חכמה יוכלו להגיב לפעילות אנושית, לזהות דפוסים, ולעבוד באנרגיה נמוכה.
מבט לעתיד: הרחבת הפיקסל היחיד למערך נוירומורפי שלם
כרגע מדובר באב-טיפוס שמורכב מפיקסל יחיד – אך הצוות כבר מתכנן להרחיבו למערך פיקסלים נוירומורפי שלם, שיאפשר יישומים רחבי היקף. הכיוון העתידי כולל:
שיפור הדיוק במשימות ראייה סטטיות ודינמיות (המערכת כבר הראתה 75% הצלחה בתמונות סטטיות ו-80% בתנועה לאחר מספר מחזורי אימון).
שילוב עם מערכות דיגיטליות מסורתיות.
הרחבה לתחום האינפרה-אדום – שיאפשר יכולות מתקדמות כמו ניטור פליטות סביבתיות וזיהוי בתנאי תאורה קשים.
לסיכום: קפיצה אבולוציונית ביכולת של מכונות "לראות ולחשוב"
הטכנולוגיה של RMIT מסמלת מעבר חשוב ממערכות עיבוד חזותי קונבנציונליות – כבדות, עתירות נתונים ואנרגיה – אל עבר עידן חדש שבו החישה והעיבוד הם חלק מאותו חומר, מונעים על-ידי פיזיקה חכמה ולא רק תוכנה.
בפשטות: זו לא רק מהפכה טכנולוגית – אלא אבולוציה חדשה בדרך שבה אנו מדמים את המוח האנושי בתוך מכונות.
השפעות עתידיות: כשגבולות בין מוח למכונה מיטשטשים
החידוש המדעי של חישה ועיבוד נוירומורפי מייצג לא רק קפיצה טכנולוגית, אלא שינוי פרדיגמטי שעתיד להשפיע באופן עמוק על עולמות התעשייה, הבריאות, התחבורה והאינטראקציה האנושית-טכנולוגית.
כאשר מערכות מצליחות לא רק לראות אלא להבין, להגיב ולזכור בזמן אמת – מתאפשרת בנייה של רובוטים ואמצעים אוטונומיים עם אינטואיציה דמוית-אנוש.
טכנולוגיה זו תוכל להניע עולמות שלמים של פיתוחים, מאסיסטנטים אישיים עם רגש ותגובה אנושית ועד מערכות בקרה חכמות במצבי קיצון, וכל זאת תוך חיסכון דרמטי באנרגיה ובמשאבי חישוב. בעתיד הקרוב, השילוב של חומרים נוירומורפיים עם בינה מלאכותית יוכל להוות את היסוד לדור חדש של מערכות חכמות – כאלו שלא רק מדמות את האדם, אלא פועלות לצידו בהרמוניה.
המחקר המלא: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202401677