Fremtidens computere ligner den menneskelige hjerne
Den nuværende computerteknologi er en flaskehals for de nye AI-systemer, der præger vores verden mere og mere. Postdoc på Syddansk Universitet Christian Frydendahl har fået en Villum Experiment-bevilling på knap 2 millioner til at undersøge, hvordan man kan skabe en ny generation af computere, der fungerer mere som den menneskelige hjerne. Og ja, det involverer smøremidler til bilmotorer.
De færreste tænker nok over det, når de bruger ChatGPT eller siger ”hej Siri” til telefonen.
Men der ligger tusindvis af træningstimer bag de kunstigt intelligente softwaresystemer og modeller, som vi bruger mere og mere i vores hverdag. Timer, hvor en hær af computere har skullet tygge sig igennem enorme mængder data.
Ikke alene er det langsommeligt at træne den nye AI-teknologi. Det kræver også virkelig meget strøm.
Det vil Christian Frydendahl gerne gøre noget ved. Han er postdoc i nanooptik på Mads Clausen Instituttet på Syddansk Universitet og har netop fået 1,99 millioner krone af Villum Fonden til projektet LUMINA som en del af Villum Experiment-programmet.
”Den primære teknologi, der ligger bag mange af de nuværende fremskridt i kunstig intelligens, er kunstige neurale netværk. Det er en matematisk metode, der er inspireret af, hvordan hjerneceller er forbundet”, forklarer Christian Frydendahl.
”Problemet er bare, at vores hjerner virker meget anderledes end vores nuværende computere, og derfor er det generelt meget ineffektivt at afvikle kunstige neurale netværk på nuværende computerhardware. Det har resulteret i en stigende interesse i forskningsverdenen i at lave nye computere, der virker mere som biologiske hjerner gør, altså lave elektroniske kredsløb, der opfører sig som hjerneceller gør”
Et hav af muligheder
I sit projekt vil Christian Frydendahl undersøge, om man kan lave disse kunstige hjerneceller ved hjælp af en ny klasse af materialer, man kalder for 2D-materialer.
Et 2D-materiale består kun af et enkelt lag af atomer, ikke en flerdimensionel gitterkrystalkonstruktion som almindelige materialer, og de findes naturligt i mange af de ting, vi omgiver os med. For eksempel er det første 2D-materiale, som man tilbage i 2004 opdagede, grafen, et enkelt atomart lag af 3D-materialet grafit, som er det, der er i helt almindelige blyantspidser.
”Siden da har man opdaget hundredvis af andre 2D-materialer, der mekanisk kan kløves til monolag ud fra deres 3D-krystaller. Et af de materialer, jeg arbejder meget med, hedder molybdændisulfid og findes blandt andet hos bilmekanikere, fordi det i sin 3D-udgave bliver brugt industrielt i forskellige smøremidler til maskindele”, siger Christian Frydendahl.
2D-materialer kan have en lang række specielle egenskaber, som gør dem interessante for forskere. I Christians Frydendahls tilfælde er fordelen blandt andet, at 2D-materialerne ikke er kemisk forbundne vertikalt, kun horisontalt.
”Det betyder, at vi kan mixe og matche og lave nogle virkelig crazy heterostrukturer. Der er et hav af muligheder for, hvad vi kan undersøge, fordi vi kan bare blive ved med at stable materialer ovenpå hinanden. Hvis man skal gøre det med konventionelle materialer, er man meget begrænset, i forhold til hvad man kan sætte sammen, fordi krystalstrukturen skal passe sammen.”
Vild idé
Ud over at udforske brugen af 2D-materialer i computere vil Christian Frydendahl også forsøge at få de kunstige hjerneceller til at opføre sig mere som rigtige hjerneceller.
” I en biologisk hjerne kan grupper af hjernecellers adfærd moduleres af forskellige hormoner i hjernen, for eksempel dopamin og serotonin. Disse hormoner kan fremme aktivitet blandt grupper af hjerneceller eller blokerer for deres indbyrdes kommunikation. Dermed er det en form for ekstra håndtag i hjernen, der kan bruges til at styrer forskellige funktioner,” forklarer han.
Det er det, man kalder neuromodulation, og denne proces vil Christian Frydendahl forsøge at efterligne i sine 2D-materialer ved hjælp af lys.
”Det er lidt en vild idé. Kunstige neurale netværk virker generelt meget anderledes end rigtige biologiske hjerner, så det er stadig lidt et åbent spørgsmål, om neuromodulation har en fremtidig rolle i kunstige intelligens overhovedet. Men det er netop også det, der gør det til et meget velegnet projekt for en Villum Experiment-bevilling, da hele idéen med Villum Experiment er at finansiere den type projekter, der ellers kunne ses for værende for risikable – eller for skøre – af andre forskningsfonde.”
Men tanken er i sidste ende, at man ved hjælp af de kunstige hjerneceller, neuromodulerede eller ej, kan træne fremtidens kunstige intelligens langt hurtigere og mere energieffektivt.
Før vi når så langt, er der dog en hel del arbejde nede i laboratoriet for Christian Frydendahl.
”Til en start skal jeg fremstille nogle prototyper, men der kan potentielt være problemer med at få reproducerbare resultater imellem devices, altså de kunstige hjerneceller. Det betyder, at jeg skal fremstille mange devices og sammenligne dem, før jeg endegyldigt kan vise effekten, jeg er ude efter.”