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丽莎老师讲机器人之人造大脑通往未来计算之门 欢迎收听丽莎老师讲机器人，想要孩子参加机器人竞赛、创意编程、创客竞赛的辅导，找丽莎老师！欢迎添加微信号：153 5359 2068，或搜索钉钉群：31532843。美国加州的Koniku公司研发了一种特殊的芯片Koniku Kore，将活的转基因脑细胞与传统硅融合在一起。该芯片通过检测人体释放的挥发性有机化合物，能检测从肺癌到新冠肺炎的一系列疾病。不管是构成还是外观，这个形如蓝色冰冻水母的芯片都颇具科幻色彩。Koniku Kore并不是纸上谈兵，它在医疗、农业、军事及机场安检等领域的落地前景，已经吸引多家知名公司的青睐。其早期的客户包括埃克森美孚、保洁、制药公司阿斯利康、全球化学品制造商巴斯夫等。近期新加坡樟宜机场也使用了Koniku的技术，用于防控新冠肺炎传播。Koniku并非个例，人脑作为自然界最复杂的结构体之一，已经启发了太多不可思议的奇妙想法。一、打破脑科学与微电子学的界限“在已知的宇宙中，人类的大脑是最复杂的东西，它复杂得让试图解释它的简单模型可笑，让精致的模型无用。”这是杜克大学认知神经科学中心的斯科特·胡特尔被广为引用的一句名言。迄今为止，人的大脑仍是一片生长着无数未解之谜的原野，无人能窥得它的全貌。但科学家们从未停止探索人脑奥秘的脚步，不仅尝试破解生命科学的密码，在脑重大疾病研究方面有所突破，而且试图模仿已知的神经元活动，打造类脑的计算机系统。如今计算机界的“当红炸子鸡”人工智能，其广泛应用的神经网络，即是模拟人脑神经处理机制的典型代表。2016年阿尔法狗（AlphaGo）击败围棋冠军李世石的那一刻，人工智能披上新的荣光，人创造出的非生命体具备了媲美人类的“高智商”。但在能耗上，阿尔法狗输得不是一点点。据估算，AlphaGo在下棋过程中约消耗1兆瓦的电能，相当于一天约100户家庭的供电量。相比之下，包含超过1000亿个神经元的人脑，消耗的功率仅20瓦，只有AlphaGo所消耗能量的5万分之一。当今人工智能（AI）芯片努力进化的两个方向，一是更快的计算速度，二是更低的功耗。如果向大脑神经元活动取经，是不是能做出兼顾高算力和低功耗的芯片？两种不同的思路开始在研发道路上激起火花：一种是将生物神经元与传统半导体结合的生物计算，另一种则是用微电子技术来模仿神经元信息处理机制的类脑计算。二、生物计算：碳基神经元+硅基半导体脑功能的实现依赖于神经元和突触组成的神经网络，突触起到将信息传输与记忆存储处理相结合的关键作用。受大脑启发，一些研究人员尝试建立生物神经元与硅神经元之间的连接，以推进脑机接口、超低功耗混合芯片等前沿技术的发展。今年2月底，《自然》旗下期刊《科学报告》刊登了一项由英国、瑞士、德国和意大利科学家联合推进的实验，用纳米级忆阻器模拟生物突触的基本功能，连接大鼠神经元和人工神经元，使得这些神经元通过互联网可以实现双向实时通信。 “首次证明，芯片上的人工神经元可以与大脑神经元相连，通过使用相同的’脉冲’语言进行交流。”这种“混合大脑”能让大脑神经网络和AI神经网络相互理解，从长远来看，这种想法是利用人工脉冲神经网络来恢复帕金森氏症、中风或癫痫等局部脑疾病的功能。一旦植入到大脑植入物中，硅脉冲神经元将充当一种神经假体，人工神经元将自适应地刺激功能失调的神经元，促进功能恢复，甚至能挽救功能丧失。”这项研究是想用人工神经元来补救出毛病的生物神经元，也有科学家将真正的生物神经元和传统硅计算系统集成在一起，试图打造突破传统芯片限制的超级计算芯片。澳大利亚初创公司Cortical Labs在今年4月宣布制造第一款混合计算机芯片，其官网上列举了生物计算的四个优势：流体智能、比数字电路更稳健、可扩展、功效高。（1）流体智能：生物神经网络具备自组织特性，不依赖所需知识即可解决陌生问题。（2）稳健性：与数字电路不同，生物网络对物理损伤具有很强的抵抗力，其适应和重组的能力可以在传统电路失效的地方维持功能。（3）可扩展性：生物智能可以从蜻蜓扩展到人类。培养神经元不需要绝对零度的设备或昂贵的纳米级制造单元。（4）功率效率：人脑有超过十亿的神经元，能耗仅20瓦，生物计算拥有相似的高能效特性。他们提取神经元的方式有两种：一是从小鼠胚胎中提取神经元，二是将人类皮肤细胞转换回干细胞，并诱导它们成长为人类神经元。随后这些神经元被嵌入一个特殊金属氧化物芯片顶部的培养基中，芯片包含一个由2，2000个微小电极组成的网格，可充当程序员与神经元之间的I/O介质。据悉其芯片处理能力少于蜻蜓大脑。这种芯片最终可能成为提供各种复杂推理和概念性理解的关键，这是今天的AI无法做到的。Cortical Labs不是唯一从事生物计算的机构。开篇提及的美国加州创企Koniku，早在2014年就已成立。