Može li računalo učiti iz prošlosti i predvidjeti što će se sljedeće dogoditi, poput čovjeka?
Možda se nećete iznenaditi kada čujete da bi neki vrhunski modeli umjetne inteligencije mogli postići ovo, ali što je s računalom koje izgleda malo drugačije – više poput spremnika vode?
Znanstvenici su napravili malo računalo s dokazom koncepta koje koristi tekuću vodu umjesto tradicionalnog procesora logičkog sklopa i predviđa buduće događaje putem pristupa koji se naziva “rezervoarno ili spremno računanje”.
U referentnim testovima, analogno računalo je bilo dobro u pamćenju ulaznih podataka i predviđanju budućih događaja – a u nekim slučajevima čak je bilo bolje od digitalnog računala visokih performansi.
Dakle, kako to funkcionira?
Bacanje kamenja u ribnjak
Zamislite dvoje djece, Alice i Boba, kako se igraju na rubu jezera. Bob baca veliko i malo kamenje u vodu jedan po jedan, naizgled nasumično.
Veliko i malo kamenje stvara vodene valove različite veličine. Alice promatra vodene valove koje stvara kamenje i uči predvidjeti što će valovi sljedeće učiniti – i iz toga može imati ideju koji će kamen Bob sljedeći baciti.
Rezervoarska računala kopiraju proces razmišljanja koji se odvija u Aliceinom mozgu. Oni mogu učiti iz prošlih inputa kako bi predvidjeli buduće događaje.
Iako su rezervoarska računala prvi put predložena korištenjem neuronskih mreža – računalnih programa koji se temelje na strukturi neurona u mozgu – ona se također mogu izgraditi s jednostavnim fizičkim sustavima.
Rezervoarska računala su analogna računala. Analogno računalo kontinuirano predstavlja podatke, za razliku od digitalnih računala koja podatke predstavljaju kao naglo mijenjanje binarnih stanja “nula” i “jedan”.
Predstavljanje podataka na kontinuirani način omogućuje analognim računalima da modeliraju određene prirodne događaje – one koji se događaju u nekoj vrsti nepredvidivog slijeda koji se naziva “kaotični vremenski niz” – bolje od digitalnog računala.
Kako napraviti predviđanja?
Da bismo razumjeli kako možemo koristiti rezervoarno računalo za predviđanje, zamislite da imate evidenciju dnevnih padalina za prošlu godinu i kantu punu vode u blizini. Kanta će biti naš “računski rezervoar”.
Dnevni rekord oborina unosimo u kantu pomoću kamena. Za dan slabe kiše, bacimo mali kamen; za dan jake kiše, veliki kamen. Za dan bez kiše, ne bacamo kamen.
Svaki kamen stvara valove koji zatim zapljuskuju kantu i stupaju u interakciju s valovima koje stvara drugo kamenje.
Na kraju ovog procesa, stanje vode u kanti daje nam predviđanje. Ako interakcije između valova stvaraju velike nove valove, možemo reći da naše rezervoarno računalo predviđa obilne kiše. Ali ako su male onda treba očekivati samo slabu kišu.
Također je moguće da se valovi međusobno poništavaju, stvarajući mirnu vodenu površinu. U tom slučaju ne treba očekivati kišu.
Rezervoar daje vremensku prognozu jer se valovi u kanti i uzorci oborina razvijaju tijekom vremena slijedeći iste zakone fizike.
Kao i mnogi drugi prirodni i društveno-ekonomski procesi. To znači da računalo rezervoara također može predvidjeti financijska tržišta, pa čak i određene vrste ljudskih aktivnosti.
Dugotrajniji valovi
Rezervoarno računalo za “kantu vode” ima svoja ograničenja. Kao prvo, valovi su kratkotrajni. Kako bismo predvidjeli složene procese kao što su klimatske promjene i rast stanovništva, potreban nam je rezervoar s izdržljivijim valovima.
Jedna opcija su “solitoni”. To su samoojačavajući valovi koji zadržavaju svoj oblik i kreću se na velike udaljenosti.
Za ležišno računalo znanstvenici su koristili kompaktne valove nalik solitonima. Često možete vidjeti takve valove u kupaonskom umivaoniku ili fontani.
U našem računalu tanak sloj vode teče preko blago nagnute metalne ploče. Mala električna pumpa mijenja brzinu protoka i stvara usamljene valove.
Znanstvenici su dodali fluorescentni materijal kako bi voda svijetlila pod ultraljubičastim svjetlom, kako bi precizno izmjerili veličinu valova.
Pumpa igra ulogu padajućeg kamenja u igri koju igraju Alice i Bob, ali pojedinačni valovi odgovaraju valovima na površini vode.
Usamljeni valovi kreću se puno brže i žive dulje od vodenih valova u kanti, što ovom računalu omogućuje veću brzinu obrade podataka.
Dakle, kako funkcionira?
Znanstvenici su testirali sposobnost računala da zapamti prošle unose i napravi prognoze za referentni skup kaotičnih i nasumičnih podataka.
Ovo računalo ne samo da je izuzetno dobro izvršilo sve zadatke, već je i nadmašilo digitalno računalo visokih performansi koje je imalo isti problem.
Također je stvoren matematički model koji omogućuje bolje razumijevanje fizičkih svojstava usamljenih valova.
Zatim, plan je minijaturizirati računalo kao mikrofluidni procesor. Vodeni valovi trebali bi moći raditi proračune unutar čipa koji radi slično silicijskim čipovima koji se koriste u svakom pametnom telefonu.
U budućnosti bi ovo računalo moglo proizvesti pouzdane dugoročne prognoze u područjima kao što su klimatske promjene, šumski požari i financijska tržišta – uz mnogo nižu cijenu i veću dostupnost od trenutnih superračunala.
Ovo je računalo također prirodno imuno na kibernetičke napade jer ne koristi digitalne podatke.
Vizija je da će mikrofluidno rezervoarsko računalo temeljeno na solitonima donijeti znanost o podacima i strojno učenje u ruralne i udaljene zajednice diljem svijeta. Ali za sada se naš istraživački rad nastavlja.
Izvor: Science Alert
Komentari