Komputery bardziej ludzkie

Ludzie nie od dziś starają się upodobnić komputer do ludzkiego mózgu. Doskonale obrazuje to pierwotna nazwa komputera, czyli „mózg elektronowy”, oraz liczne eksperymenty próbujące stworzyć sztuczny mózg w symulacji komputerowej.

Najbardziej spektakularnym sztucznym mózgiem jest superkomputer IBM składający się z 10 miliardów sztucznych neuronów i 100 bilionów połączeń między nimi. Choć pod względem specyfikacji technicznej jest to urządzenie tylko trochę ustępujące ludzkiemu mózgowi, który ma około 150 miliardów neuronów, to w praktyce działa od niego aż 1500 razy wolniej.

Niekorzystnie wygląda też porównanie pod względem zapotrzebowania na energię. Ludzki mózg zużywa 20 watów, a jego sztuczny odpowiednik aż 50 000 razy więcej. Szacuje się, że gdyby udało się zmusić tradycyjny komputer zbudowany z użyciem dzisiejszych technologii do pełnego odwzorowania pracy mózgu, energia potrzebna do jego zasilenia byłaby porównywalna z tą zużywaną przez Nowy Jork i San Francisco jednocześnie.

Ciekawym eksperymentem jest także Blue Brain Project. Jego celem jest poznanie zasad działania mózgu ssaków za pomocą inżynierii wstecznej. Pomoże to lepiej zrozumieć nie tylko zachowania ludzi, ale też zwierząt. W 2006 roku stworzono symulację działania pojedynczej kolumny neuronalnej mózgu szczura, która ma objętość około 0,5 mm3 i zawiera łącznie 10 000 neuronów 200 różnych typów połączonych ze sobą 30 milionami synaps.

W 2011 roku udało się stworzyć symulację obwodu składającego się ze 100 kolumn neuronalnych, co przekłada się na około milion neuronów i miliard połączeń. Konstrukcja jest pod względem skomplikowania porównywalna już z mózgiem pszczoły.

W tym roku powinna powstać symulacja kompletnego mózgu szczura, a według najbardziej optymistycznych scenariuszy, biorąc pod uwagę rozwój technologii, superkomputer o mocy wystarczającej do symulacji ludzkiego mózgu powinien powstać za sześć lat.

Są jednak firmy, które starają się przenieść rozwiązania pochodzące z ludzkiego mózgu nie do superkomputerów, lecz do o wiele mniejszych urządzeń, a konkretnie do smartfonów i tabletów. Doskonałym przykładem takiej firmy jest Qualcomm, który stworzył procesor o nazwie Zeroth. Jest to układ neuromorficzny, co oznacza, że maszyny w niego wyposażone zdobywają nowe możliwości nie tylko dzięki programowaniu, ale także przez doświadczanie pozytywnych i negatywnych bodźców.

Urządzenie z takim układem będzie w stanie, podobnie jak człowiek, samo uczyć się przez wykonywanie różnych działań i otrzymywanie informacji zwrotnej mówiącej, czy zrobiło coś poprawnie, czy też nie.

Najprostszym przykładem urządzenia z procesorem Zeroth może być maszyna, która porusza się po kolorowym podłożu i ma na nim zaznaczać pola barwy białej. Gdy robi to poprawnie, jest nagradzana, a gdy się myli, karcona. Eksperyment ten można zobaczyć pod adresem http://pcformat.pl/u/865. Rozwiązanie jest niezwykłe, ponieważ w podobny sposób na co dzień uczy się niemal każde żywe stworzenie, także człowiek. Jeśli uda mu się dobrze wykonać jakieś zadanie, do jego mózgu dociera dopamina – substancja znana jako „przekaźnik przyjemności”. Z tego powodu proces nauki takiego urządzenia będzie przypominał bardziej tresurę niż programowanie.

Obserwując proces nauki, można będzie zdobyć mnóstwo ciekawych informacji na temat pracy ludzkiego mózgu. Kolejną ważną zaletą takiego rozwiązania jest możliwość lepszej komunikacji z maszyną. Do tej pory do tego celu używaliśmy klawiatur, myszy, ekranów dotykowych lub konkretnych komend głosowych i gestów. Procesory neuromorficzne mogą to zmienić, bo dzięki nim urządzenia będą mogły analizować obraz i dźwięk w sposób o wiele lepszy i bardziej intuicyjny niż dotychczas.

Ciekawym zastosowaniem procesorów neuromorficznych może być np. całościowa korekta tekstu, obejmująca nie tylko poprawność pojedynczych słów, ale też interpunkcję, stylistykę i sens wypowiedzi. Inne zapowiadane przez Qualcomma zastosowania procesorów neuromorficznych to sterowanie sztucznymi kończynami, środkami transportu oraz maszynami bezzałogowymi, coraz popularniejszymi ostatnio także w cywilnych zastosowaniach dronami.

Urządzenia z procesorami neuromorficznymi docelowo mają widzieć i postrzegać świat jak człowiek. Neurobiolodzy stworzyli matematyczny model, który określa zachowanie neuronów podczas wysyłania, odbierania oraz przetwarzania sygnałów przez mózg. Neurony w odpowiednim czasie wysyłają sygnały elektryczne opisywane jako „kolce”, które uaktywniają się po przekroczeniu progu napięcia w błonie komórki. Takie sieci neuronowe w bardzo szybki sposób kodują i przesyłają duże ilości danych, dzięki czemu nasze narządy zmysłów mogą zbierać informacje z otaczającego nas środowiska, a następnie łączyć je i analizować stworzony z nich całościowy model.

Oczywiście maszyny również mogą to robić, ale ich sposób pracy jest mało efektywny. Nawet superkomputery muszą zostać zaprogramowane tak, by podzielić problem na mniejsze części, zanim zaczną nad nim pracować. Ludzki mózg pod tym względem jest o wiele szybszy, bardziej elastyczny i wiele zadań potrafi wykonywać w jednym kroku. Przykładem tego jest chociażby rozpoznawanie różnych obiektów.

Kolejną mocną cechą układów neuromorficznych jest częściowa odporność na błędy. Tradycyjne maszyny są bardzo precyzyjne, jednak najmniejszy błąd może zakłócić ich pracę, przerwać wykonywanie zadania. Komputery podobne do żywego organizmu będą potrafiły rozwiązywać bardziej złożone problemy i podchodzić do nich w niekonwencjonalny sposób, a w niektórych przypadkach po prostu pomijać sprzeczne lub niepotrzebne informacje. Rozwiązania te w informatyce do tej pory były zarezerwowane głównie dla skomplikowanych sztucznych sieci neuronowych.

Warto jednak pamiętać, że sam procesor neuromorficzny w praktyce nie jest warty absolutnie nic. Swój potencjał pokaże dopiero wówczas, gdy zostanie połączony z obecnie stosowanymi jednostkami obliczeniowymi. W ten sposób połączymy dużą moc obliczeniową klasycznych układów i strzępki ludzkiej kreatywności. Oznacza to, że w przyszłych generacjach urządzeń mobilnych i „ubieralnych” znajdziemy najprawdopodobniej układy wyposażone nie tylko w procesor, układ graficzny oraz bloki odpowiedzialne za różne rodzaje łączności, ale także część neuromorficzną.

Podstawowym zadaniem takiego modułu będzie komunikacja z człowiekiem za pomocą najbardziej oczywistych dla nas sposobów, czyli dowolnych gestów i mowy, a w przyszłości, kto wie, może nawet i samych myśli. Zupełnie nie da się bowiem wykluczyć tego, że urządzenie wyposażone w taki układ będzie rozumiało nas bez słów. Dzięki temu na podstawie wielu przesłanek (między innymi naszego ruchu, pory dnia, słów kluczowych i pulsu) będzie mogło np. uznać, że jesteśmy w niebezpieczeństwie, i wezwać na pomoc odpowiednie służby. Kilka firm już dzisiaj zapowiedziało wdrożenie takich rozwiązań w kamerach nadzoru oraz centrach monitoringu.

Oczywiście sytuacja taka to wyzwanie. Procesory neuromorficzne mogą mieć ogromny wpływ nie tylko na technikę, ale też na kulturę, religię i postrzeganie przez nas życia. Cały świat będzie musiał się zastanowić, czy istota żywa musi dysponować biologicznym ciałem, czy może od niego ważniejsza jest inteligencja i świadomość. Co stoi wyżej w hierarchii? Prawdziwe, ale naiwne zwierzę, czy może inteligentny, ale wirtualny byt umieszczony w mechanicznym ciele? I z drugiej strony, czy robot będzie mógł czuć? A jeśli tak, czy jego uczucia będą prawdziwe, czy tylko symulowane? Dziś takie pytania wydają się śmieszne i absurdalne, żywcem wyjęte z filmów science-fiction, ale prawdopodobnie za jakiś czas ludzie będą musieli na nie odpowiedzieć.

Jednak nie ma co liczyć na to, że już niebawem powstaną maszyny doskonalsze od ludzi. Co najmniej sześć lat dzieli nas od czasu stworzenia działającego modelu ludzkiego mózgu. Następnie trzeba będzie zrozumieć proces powstawania kreatywności, świadomości, czyli zjawisk, których praktycznie nie da się opisać za pomocą wzorów matematycznych. Jednak nie oznacza to, że same procesory neuromorficzne są pieśnią dalekiej przyszłości. Ich prototypy zostały już skonstruowane przez kilka firm, a Qualcomm zapowiedział, że pierwsze urządzenia wyposażone w stworzone przez niego układy Zeroth trafią na rynek jeszcze w tym roku.

Qualcomm Zeroth to pierwszy procesor dostosowany, który można nie tylko programować, ale także uczyć. „Zeroth” to po angielsku „zerowy”. Nazwa tego układu jest nawiązaniem do twórczości Isaaca Asimova, amerykańskiego pisarza science-fiction, który w roku 1942 stworzył trzy prawa robotów i przedstawił je w opowiadaniu „Zabawa w berka”. Celem tych praw było uregulowanie kwestii stosunków między przyszłymi myślącymi maszynami a ludźmi. Brzmiały one następująco:

• Robot nie może skrzywdzić człowieka ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy.
• Robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z pierwszym prawem.
• Robot musi chronić sam siebie, jeśli tylko nie stoi to w sprzeczności z pierwszym lub drugim prawem.

Następnie w opowiadaniu „Roboty i imperium” autor dodał prawo zerowe, które stało się nadrzędne: Robot nie może skrzywdzić ludzkości lub poprzez zaniechanie doprowadzić do uszczerbku dla ludzkości. W ten sposób firma Qualcomm chce podkreślić, że jej nowy procesor został stworzony, by pomagać ludziom i ułatwić ich życie.