Transneuron, Jalan Menuju Robot dengan Sistem Saraf Buatan Layaknya Otak Manusia

BERNAMA transneuron temuan ini membuka jalan bagi lahirnya sistem saraf buatan pada robot, yang memungkinkan mesin merasakan, berpikir, dan merespons dunia seperti makhluk hidup.

Robot yang dapat merasakan dan merespons dunia seperti manusia mungkin akan segera menjadi kenyataan karena para ilmuwan telah menciptakan neuron buatan (artificial neural) yang mampu meniru berbagai bagian otak.

Neuron buatan sirkuit elektronik kecil yang mereplikasi cara sel-sel otak berkomunikasi merupakan inti dari komputasi neuromorfik, sebuah bidang yang bertujuan untuk menghadirkan kecerdasan layaknya manusia ke dalam mesin.

Meskipun kemajuan pesat, neuron buatan saat ini hanya dapat melakukan tugas-tugas tetap, masing-masing memiliki peran yang sempit. Ribuan neuron harus digabungkan untuk mereplikasi fungsi-fungsi otak yang sederhana sebuah proses yang mahal dan boros energi dibandingkan dengan kemampuan adaptasi otak yang mudah.

Kini, kecerdasan layaknya otak mungkin lebih dekat dari yang kita duga, berkat tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Loughborough yang beranggotakan akademisi dari Institut Salk dan Universitas California Selatan.

Dalam sebuah makalah baru di Nature Communications, tim tersebut mengungkapkan bahwa neuron buatan tunggal mereka yang dikenal sebagai ‘transneuron’ dapat beralih di antara peran sel-sel otak yang terlibat dalam penglihatan, perencanaan, dan gerakan, menunjukkan tingkat fleksibilitas yang dulunya dianggap unik bagi pikiran manusia.

Sebuah chip elektronik yang digunakan untuk menciptakan transneuron buatan sebuah sirkuit elektronik kecil yang mereplikasi cara sel-sel otak mengirimkan sinyal satu sama lain dengan menghasilkan pulsa listrik kecil.

“Apakah otak manusia merupakan perangkat misterius yang berada di luar jangkauan kita atau dapatkah kita suatu hari nanti menciptakannya kembali dengan perangkat elektronik dan mungkin bahkan membangun sesuatu yang lebih canggih?” tanya Profesor Sergey Saveliev, seorang pakar fisika teoretis di Universitas Loughborough dan penulis korespondensi studi tersebut.

“Penelitian kami selangkah lebih maju untuk menjawab pertanyaan ini. Kami telah menunjukkan bahwa satu neuron buatan dapat disetel untuk mereproduksi perilaku neuron visual, motorik, dan pra-motorik,“ ujar dia.

Hal tersebut membuka pintu untuk pengembangan chipset elektronik yang mampu melakukan fungsi-fungsi kompleks seperti otak mulai dari menafsirkan informasi visual hingga mengendalikan gerakan dan tindakan semuanya dalam perangkat kecil yang hanya menggunakan segelintir neuron buatan. Pada akhirnya, ini membuka jalan bagi robot yang lebih mirip manusia.

Temuan Studi

Para peneliti menguji seberapa mirip perangkat mereka dengan otak dengan memasukkan sinyal listrik ke dalam transneuron dan mengukur denyut yang dihasilkannya sebagai respons. Mereka kemudian membandingkannya dengan denyut listrik yang digunakan sel-sel otak asli untuk berkomunikasi, yang direkam dari monyet makaka.

Tim berfokus pada tiga wilayah otak utama: satu terlibat dalam pemrosesan penglihatan, satu lagi dalam kontrol gerakan, dan yang ketiga yang membantu mempersiapkan tindakan. Masing-masing menghasilkan pola denyutnya sendiri yang khas terkadang stabil, terkadang tidak teratur, terkadang dalam semburan cepat.

Hebatnya, dengan menyesuaikan pengaturan listrik perangkat, satu transneuron mampu mereproduksi ketiga jenis perilaku denyut tersebut, dengan akurasi 70-100%.

 “Otak kita sangat efisien, mampu melakukan tugas-tugas kompleks seperti mengenali wajah atau mengendalikan gerakan dengan menggunakan energi yang sangat sedikit,” jelas Profesor Alexander Balanov, Profesor Fisika di Universitas Loughborough,

Dengan menyesuaikan pengaturan sirkuit listrik perangkat kita, seperti mengubah voltase, kita dapat membuat unit yang sama bertindak seperti neuron otak yang berbeda. Kita juga tahu bahwa neuron buatan kita merespons dengan baik terhadap perubahan lingkungan, seperti tekanan dan suhu, yang dapat digunakan untuk menciptakan sistem sensorik buatan.

Semua ini dapat menghasilkan komputer masa depan yang jauh lebih cepat dan menggunakan lebih sedikit energi daripada saat ini, dan bahkan robot yang dapat mengubah perilakunya secara real-time, layaknya makhluk hidup. Lebih dari sekadar imitasi: transneuron buatan berkomputasi seperti otak

Yang terpenting, para peneliti menunjukkan bahwa transneuron tidak hanya meniru perilaku neuron – ia juga berkomputasi seperti neuron.

Ketika para peneliti mengubah sinyal listrik yang masuk ke perangkat, transneuron menyesuaikan seberapa sering ia menghasilkan pulsa listrik – seperti sel-sel otak yang mengubah aktivitasnya tergantung pada sinyal yang masuk.

Ketika diberi dua sinyal sekaligus, transneuron merespons secara berbeda tergantung pada apakah sinyal datang bersamaan atau tidak sinkron. Hal ini menunjukkan bahwa transneuron dapat membedakan sinyal – sesuatu yang biasanya membutuhkan beberapa neuron buatan yang bekerja sama.

Cara Kerja Transneuron

Seperti neuron buatan lainnya, transneuron yang dibuat para peneliti adalah chip elektronik kecil yang meniru cara sel-sel otak mengirimkan sinyal satu sama lain dengan menghasilkan pulsa listrik kecil.

Chip elektronik yang digunakan untuk membuat transneuron buatan - sirkuit elektronik kecil yang mereplikasi cara sel-sel otak mengirimkan sinyal satu sama lain dengan menghasilkan pulsa listrik kecil. Transneuron-transneuron ini digambarkan di depan perangkat eksperimen yang digunakan untuk menangkap bagaimana sel-sel otak merespons masukan listrik.

Chip elektronik yang digunakan untuk membuat Transneuron sirkuit elektronik kecil yang mereplikasi cara sel-sel otak mengirimkan sinyal satu sama lain dengan menghasilkan pulsa listrik kecil. Transneuron digambarkan di depan perangkat eksperimental yang digunakan untuk merekam respons sel-sel tersebut terhadap masukan listrik.

Fleksibilitasnya yang mirip otak berasal dari komponen yang baru ditemukan yang disebut memristor – perangkat berskala nano yang secara fisik berubah ketika listrik mengalir melaluinya, memungkinkannya untuk ‘mengingat’ sinyal-sinyal sebelumnya dan menyesuaikan responsnya, seperti cara sel-sel otak belajar.

Ketika listrik mengalir melalui transneuron, atom-atom perak di dalam memristor bergeser untuk membentuk dan memutus jembatan mikroskopis, menghasilkan pulsa listrik kecil. Perubahan pada lingkungan memristor seperti suhu, tegangan, dan resistansi mengubah perilaku pulsa.

Beginilah cara para peneliti dapat menyetel transneuron agar berperilaku seperti bagian-bagian otak yang berbeda tanpa kendali perangkat lunak apa pun.

“Sebagian besar kecerdasan buatan saat ini berjalan pada komputer yang mengolah angka-angka dengan cara yang sangat berbeda dari cara kerja otak kita,” kata Dr. Sergei Gepshtein, pakar persepsi visual dan perilaku yang dipandu visual di Salk Institute.

Laptop atau ponsel Anda memproses informasi dalam logika yang kaku dan bertahap, sementara otak bergantung pada jaringan neuron yang luas yang bekerja dalam pola yang tidak teratur dan seringkali tak terduga.

Tantangan berikutnya, kata para peneliti, adalah menciptakan ‘korteks otak pada sebuah chip’ – mengintegrasikan beberapa transneuron ke dalam jaringan yang saling terhubung yang mampu melakukan persepsi, pembelajaran, dan kontrol.

Tim percaya bahwa teknologi ini dapat merevolusi robotika dengan menyediakan fondasi bagi sistem saraf robotik – yang memungkinkan mesin untuk merasakan, beradaptasi, dan merespons dunia lebih seperti organisme hidup.

“Sistem ini juga dapat mendukung pembelajaran berkelanjutan seumur hidup – beradaptasi dengan mulus saat pengalaman baru ditemui. Efisiensi dan kapabilitas ini tetap menjadi tantangan bagi sistem kecerdasan buatan ­saat ini. hay