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Maschinelles Lernen / Forschung: Lichtbasierter Chip funktioniert ähnlich wie das Gehirn

Hardware, die das Verhalten von Neuronen und Synapsen nachahmt – eine solche Entwicklung ist Forschern der Universitäten Münster, Oxford und Exeter gelungen. Das System funktioniert mit Licht - nicht mit Elektronen - und kann daher um ein Vielfaches schneller Daten verarbeiten.

Auf dem Chip erstreckt sich ein künstliches Netz von Neuronen und Synapsen, das mit Licht arbeitet. Bildquelle: © Johannes Feldmann

Schematische Darstellung eines Mikrochips, der dem Gehirn nachempfunden ist. Auf dem Chip erstreckt sich ein künstliches Netz von Neuronen und Synapsen, das mit Licht arbeitet.

Die Mikrochips, an deren Entwicklung die Forscher arbeiten, sind ungefähr so groß wie ein Ein-Cent-Stück. Bildquelle: © WWU/P. Leßmann

Die Mikrochips, an deren Entwicklung die Forscher arbeiten, sind ungefähr so groß wie ein Ein-Cent-Stück.

Eine Technologie, die wie ein Gehirn funktioniert? In Zeiten von Künstlicher Intelligenz scheint das gar nicht so weit entfernt – etwa, wenn ein Handy Gesichter oder Sprachen erkennt. Bei komplexeren Anwendungen stoßen Computer jedoch nach wie vor schnell an ihre Grenzen, was unter anderem daran liegt, dass ihre Recheneinheiten und Datenspeicher traditionell voneinander getrennt sind. Folge: Alle Daten müssen hin- und hergeschickt werden. In diesem Punkt ist das menschliche Gehirn selbst den modernsten Computern viele Schritte voraus, denn es verarbeitet und speichert Informationen an derselben Stelle: an den Synapsen, Verbindungen von Nervenzellen, von denen es im Gehirn etwa 100 Billionen gibt. Einem internationalen Forscherteam der Universitäten Münster, Oxford und Exeter ist nun die Entwicklung einer Hardware gelungen, die den Weg in Richtung hirnähnliche Computer ebnen könnte: Die Nanowissenschaftler stellten einen Chip her, auf dem sich ein Netz aus künstlichen Neuronen erstreckt, das mit Licht arbeitet und das Verhalten von Nervenzellen im Gehirn nachahmen kann.

Die Forscher konnten zeigen, dass ein solches optisches neurosynaptisches Netz in der Lage ist, Informationen zu „lernen“ und auf Basis dessen zu rechnen und Muster zu erkennen – so wie es ein Gehirn kann. Da das System ausschließlich mit Licht und nicht wie traditionell mit Elektronen funktioniert, kann es um ein Vielfaches schneller Daten verarbeiten. „Dieses integrierte photonische System ist ein experimenteller Meilenstein. Der Ansatz könnte später in vielen Bereichen Anwendung finden, um Muster in großen Datenmengen auszuwerten, zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik”, sagt Studienleiter Prof. Dr. Wolfram Pernice, Physiker an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU).