Perangkat seperti yang ada di dalam penelitian (kanan), dan gambar mikroskop elektron yang menunjukkan susunan seperti kawat nano pada perangkat. Credit: Marc Roseboro / CNSI di UCLA

Para peneliti telah mengembangkan sebuah perangkat berukuran sangat kecil yang memperlihatkan berbagai karakteristik yang dapat disamakan dengan perilaku tertentu dari otak, seperti belajar, mengingat, lupa, bangun, dan tidur. Sebuah langkah besar untuk mencapai tujuan dalam menciptakan mesin yang dapat berpikir secara mandiri. Hasil penelitiannya, diterbitkan di Scientific Reports.

“Ini adalah sistem antara keteraturan dan kekacauan, yang lebih cenderung pada kekacauan,” kata James Gimzewski dari UCLA  “Cara perangkat itu terus berkembang dan bergerak meniru otak manusia. Itu bisa dimunculkan dengan berbagai jenis pola perilaku yang tidak berulang.”

Penelitian ini merupakan salah satu langkah awal yang pada akhirnya bisa menuju pada komputer yang secara fisik dan fungsionalnya menyerupai otak — sebuah mesin yang mungkin mampu memecahkan berbagai masalah yang dihadapi komputer kontemporer, dan memungkinkan penggunaan tenaga listrik yang jauh lebih sedikit daripada komputer saat ini.

Perangkat yang dipelajari oleh para peneliti terbuat dari jalinan kawat nano perak dengan diameter rata-rata hanya 360 nanometer. Kawat nano dilapisi oleh isolasi polimer setebal 1 nanometer. Secara keseluruhan, perangkat itu sendiri berukuran hanya sekitar 10 milimeter persegi.

Mampu untuk merakit diri secara acak pada sebuah wafer silikon, kawat nano membentuk sebuah struktur yang sangat saling terhubung yang sangat mirip dengan apa yang membentuk neokorteks, bagian otak yang terlibat dengan berbagai fungsi yang lebih tinggi seperti bahasa, persepsi, dan kognisi.

Satu sifat yang membedakan jaringan kawat nano dari sirkuit elektronik konvensional adalah bahwa elektron yang mengalir melaluinya menyebabkan konfigurasi fisik pada jaringan berubah. Dalam studi tersebut, arus listrik menyebabkan atom perak bermigrasi dari dalam lapisan polimer dan membentuk koneksi di mana dua kawat nano tumpang tindih. Sistem ini memiliki sekitar 10 juta dari persimpangannya, yang dapat dianalogikan dengan sinapsis di mana sel-sel otak terhubung dan berkomunikasi.

Para peneliti melekatkan dua buah elektroda pada jalinan yang menyerupai otak untuk menggambarkan bagaimana jaringan bekerja. Mereka mengamati “kemunculan perilaku,” yang berarti bahwa jaringan menampilkan karakteristik secara keseluruhan yang tidak dapat dikaitkan dengan bagian-bagian individu yang membentuknya. Ini adalah sifat lain yang membuat jaringan ini menyerupai otak dan membedakannya dari komputer konvensional.

Setelah arus mengalir melalui jaringan, koneksi antara kawat nano bertahan kadang selama satu menit, sebuah alur yang menyerupai proses dari belajar dan menghafal di otak. Di waktu lain, koneksi mati secara tiba-tiba setelah muatan listrik berakhir, meniru sebuah proses otak untuk lupa.

Dalam eksperimen lainnya, tim peneliti menemukan bahwa dengan daya yang lebih sedikit mengalir, perangkat tersebut menunjukkan perilaku yang sesuai dengan apa yang dilihat oleh para ilmuwan saraf ketika mereka menggunakan pemindaian MRI fungsional untuk mengambil gambar otak orang yang sedang tidur. Dengan lebih besar daya yang digunakan, perilaku jaringan kawat nano sesuai dengan otak yang terjaga.

Makalah ini adalah yang terbaru dalam serangkaian publikasi yang memeriksa jaringan kawat nano sebagai sistem yang diilhami otak

“Pendekatan kami mungkin berguna untuk menghasilkan jenis perangkat keras baru yang hemat energi dan mampu memproses dataset kompleks yang menantang batas-batas komputer modern,” kata Stieg, rekan penulis penelitian ini.

Aktivitas garis batas-kacau dari jaringan kawat nano menyerupai tidak hanya pensinyalan di dalam otak tetapi juga sistem alami lainnya seperti pola cuaca. Itu bisa berarti bahwa, dengan pengembangan lebih lanjut, versi perangkat yang akan datang dapat membantu memodelkan sistem yang sedemikian kompleks.

Dalam percobaan lain, Gimzewski dan Stieg telah membujuk perangkat kawat nano perak untuk berhasil memprediksi tren statistik dalam pola lalu lintas Los Angeles berdasarkan data lalu lintas tahun sebelumnya.

Karena kesamaan mereka dengan cara kerja bagian dalam otak, perangkat masa depan yang didasarkan pada teknologi kawat nano juga dapat menunjukkan efisiensi energi seperti pemrosesan otak itu sendiri. Otak manusia beroperasi dengan daya yang kira-kira setara dengan apa yang digunakan oleh bola lampu pijar 20 watt. Sebaliknya, server komputer dapat menggunakan energi yang setara dengan sekian banyak kebutuhan listrik rumah tangga, dan jejak karbon yang menyertainya.

“Dalam studi kami, kami memiliki misi yang lebih luas dari sekadar memprogram ulang komputer yang ada,” kata Gimzewski. “Visi kami adalah sebuah sistem yang pada akhirnya akan dapat menangani tugas-tugas yang lebih mirip dengan cara manusia bekerja.”(ikons.id)