Nationalgeographic.co.id—Pada musim dingin 1997, Carver Mead memberi kuliah tentang topik yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan komputer: The nervous systems of animals, such as the humble fly.
Mead, seorang peneliti di California Institute of Technology, menggambarkan idenya sebelumnya untuk sistem pemecahan masalah elektronik yang terinspirasi oleh sel-sel saraf, sebuah teknik yang ia dijuluki "neuromorphic".
Seperempat abad kemudian, para peneliti telah merancang perangkat komputasi neuromorfik berbasis karbon—pada dasarnya otak robot organik—yang dapat belajar menavigasi labirin.
Sebuah chip neuromorfik mengingat informasi dengan cara yang sama seperti yang dilakukan hewan. Ketika otak mempelajari sesuatu yang baru, sekelompok neuronnya mengatur ulang koneksi mereka sehingga mereka dapat berkomunikasi dengan lebih cepat dan mudah. Seperti pepatah umum dalam ilmu saraf, "Neuron yang menyala bersama-sama terhubung bersama." Ketika sebuah chip neuromorfik belajar, ia memasang kembali sirkuit listriknya untuk menyimpan perilaku baru seperti yang dilakukan otak untuk menyimpan memori.
Ide komputasi mirip otak telah ada sejak lama. Tetapi Paschalis Gkoupidenis dari Institut Max Planck untuk Penelitian Polimer di Mainz, Jerman, dan tim peneliti neuromorfiknya adalah pionir dalam membuat teknologi ini dari bahan organik.
Guna membangun chip mereka, para peneliti menggunakan rantai panjang molekul berbasis karbon yang disebut polimer, yang lunak dan, dalam beberapa hal, berperilaku mirip dengan jaringan hidup. Untuk membiarkan bahan mereka membawa muatan listrik seperti neuron nyata, yang hemat energi dan beroperasi dalam media berair, para ilmuwan melapisi bahan organik dengan gel yang kaya ion. Ini memberikan "lebih banyak derajat kebebasan untuk meniru proses biologis," kata Gkoupidenis.
Sebelumnya, beberapa peneliti yang bekerja dengan kelompok Max Planck pada studi baru telah menunjukkan bahwa polimer organik dapat merekam aspek keadaan masa lalu mereka. Temuan ini menunjukkan bahwa polimer dapat "mengingat" informasi tertentu, seperti urutan belokan yang diperlukan untuk menavigasi labirin. Jadi dalam penyelidikan baru-baru ini, tim menggunakan bahan organik untuk membuat transistor—perangkat pengalih daya dan sinyal—dan mengaturnya menjadi sebuah sirkuit.
"Chip otak" yang dihasilkan dapat menerima sinyal sensorik dan menggunakannya untuk beradaptasi dengan rangsangan lingkungan. Setelah mempelajari cara bergerak, rangkaian dapat mengirimkan perintah motor yang tepat ke badan robot. Para peneliti menggambarkan pekerjaan mereka di Science Advances bulan lalu.
Setelah anggota tim merancang chip otak robot organik mereka, labirin tampak seperti situasi dunia nyata yang sempurna untuk mengujinya. Ini karena keberhasilan atau kegagalan menjadi jelas: jika robot menyelesaikan labirin, ia telah mempelajari sesuatu dengan jelas—dan “jika tidak, maka ia tidak belajar,” jelas rekan penulis studi Yoeri van de Burgt dari Eindhoven University of Technology di Belanda.
Tim memilih robot mainan komersial yang disebut Lego Mindstorms EV3, yang memiliki dua sensor input untuk mendaftarkan sinyal sentuhan dan "penglihatan" dan dua roda untuk bergerak. Para ilmuwan melengkapi mainan dengan chip mereka, yang dapat mengontrol arah di mana roda bergerak. Kemudian mereka merancang labirin dua meter persegi yang tampak seperti sarang lebah dua dimensi, penuh dengan persimpangan jalan potensial, dan melepas robot di dalamnya.
Di setiap perempatan, mesin berbelok ke kanan secara default. Tetapi setiap kali akhirnya menabrak dinding samping, ia menerima "tamparan di hidung", seperti yang dikatakan van de Burgt.
“Yah, itu frasa yang bagus untuk sedikit menyetel resistensi,” tambahnya.
Baca Juga: Apakah Lego Dapat Membantu Menyelamatkan Terumbu Karang di Singapura?
Baca Juga: Mengenang Bencana Beruntun Di Balik Penemuan Batu Bata LEGO
Baca Juga: Mengapa Otak Einstein Dicuri dan Dipotong-potong Menjadi 240 Bagian?
Ini berarti bahwa ketika robot diberi ketukan ringan oleh manusia atau menabrak dinding, sensor membawa sinyal sentuhan itu ke sirkuit organik. Sebagai tanggapan—seperti neuron yang menyambung kembali setelah menerima stimulus korektif—properti listrik dari polimer yang disebut resistansi berkurang. Hal ini memungkinkan lebih banyak tegangan untuk melewati polimer, yang memberi energi pada ion-ion dalam material untuk pindah ke ujung sirkuit yang lain.
Berdasarkan pergerakan dan akumulasi ion, otak robot sekarang dapat membuat keputusan yang berbeda: di persimpangan yang semula membuatnya tersandung, alih-alih berbelok ke kanan secara default, sekarang akan berbelok ke kiri. Dengan cara ini, robot belajar. Dengan setiap gerakan yang salah, robot itu menabrak dinding atau disentuh dengan lembut oleh para peneliti. Kemudian dipindahkan kembali ke awal labirin. Robot itu terus belajar ke arah mana harus berbelok di setiap persimpangan baru hingga, pada akhir uji coba ke-16, akhirnya berhasil mencapai pintu keluar.
“Perangkat itu belajar dengan cara yang sama seperti kita mengajar anak-anak, memberikan penghargaan jika mereka benar atau tidak memberi penghargaan jika mereka salah,” kata Arindam Basu, seorang profesor teknik elektro di City University of Hong Kong, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Dalam hal ini, robot hanya melakukan keputusan biner, berbelok ke kiri atau ke kanan. “Jadi akan menarik untuk memperluas tugas untuk memilih di antara banyak keputusan,” kata Basu.
Eksperimen ini “sangat keren,” kata Jeffrey Krichmar, seorang ilmuwan komputer di University of California, Irvine, yang juga tidak terlibat dalam penelitian tersebut. Robot diizinkan untuk membuat kesalahan dan mengubahnya nanti, kata Krichmar. Para peneliti tidak memprogram langkah-langkahnya di masa depan, katanya, “tetapi mereka membiarkan seluruh pelatihan menjadi bagian dari sirkuitnya.”
Meskipun percobaan menunjukkan kekuatan pembelajaran chip kontrol organik, kemampuan mesin untuk merasakan sekelilingnya dan bergerak masih mengandalkan komponen anorganik dari robot mainan. “Langkah selanjutnya dapat menggantikannya dengan bahan organik,” kata Robert Nawrocki, asisten profesor di Fakultas Teknologi Teknik Universitas Purdue, peneliti lain yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
Perangkat yang semuanya organik akan menguntungkan karena bisa biokompatibel—berpotensi memungkinkannya untuk ditanamkan ke dalam tubuh manusia, misalnya. Jika perangkat neuromorfik organik mencapai titik itu, saran Nawrocki, mereka dapat membantu dalam mengobati penyakit dan cedera tertentu pada sistem saraf. Di otak, tambahnya, implan neuromorfik dapat memungkinkan manusia untuk mengontrol eksoskeleton bertenaga juga.
Chip neuromorfik organik juga memiliki keuntungan membutuhkan daya yang lebih sedikit daripada chip standar. Untuk beralih, transistor organik hanya membutuhkan setengah volt listrik—sekitar 20 kali lebih kecil daripada transistor silikon dengan dimensi yang sama, menurut penulis studi ini. Karena daya sebanding dengan tegangan, ini berarti seluruh sistem memiliki kebutuhan daya yang lebih rendah. Chip neuromorfik juga relatif murah untuk diproduksi dan relatif lebih sederhana daripada sistem silikon, kata van de Burgt.
Sistem berdaya rendah seperti itu dapat memiliki banyak aplikasi. Misalnya, ini mungkin membantu robot bekerja berjam-jam di tempat-tempat terpencil di Bumi—atau bahkan di planet lain—tanpa perlu terus-menerus mengisi daya, kata Krichmar. Lima puluh atau 100 tahun ke depan, kata Nawrocki, “kita mungkin memiliki robot otonom berdaya sangat rendah, seperti serangga buatan, yang bahkan dapat menyerbuki tanaman.”