Computerentwicklung: Die Jagd nach der künstlichen Synapse

Gehirn und Computer sollen sich ähnlicher werden© Colourbox

Beim Jonglieren mit Zahlen sind Computer schwer zu schlagen: Die schnellsten Elektronenhirne führen mittlerweile mühelos 500.000 Milliarden Berechnungen aus - in jeder Sekunde aufs Neue. Doch bei aller Geschwindigkeit, die rasant weiter wächst, sind Rechenknechte bisher reichlich beschränkt geblieben: Alles, was außerhalb ihrer fest einprogrammierten Regeln liegt, ist für sie schwer zu fassen; Daten werden der Reihe nach abgearbeitet, konsequent im Gänsemarsch; und die schnellsten Computer sind immer noch sehr groß, sehr schwer und brauchen viel Strom. All das soll sich nun ändern.

Ein Forscherteam aus den USA hat sich vorgenommen, Computer dem menschlichen Gehirn nachzubauen, sodass die Maschinen kleiner werden, weniger Strom verbrauchen und künftig besser in der Lage sind, flexibel und rasch auf ihre Umwelt zu reagieren. "Mutter Natur hat die ultimative Rechenmaschine erfunden, und wir hoffen, einige Funktionen des menschlichen Hirns mit moderner Technik nachzuahmen", erklärt Dharmendra Modha, Leiter des Projekts und Experte für Künstliche Intelligenz am IBM-Forschungslabor in Almaden, Kalifornien. Gemeinsam mit Wissenschaftlern an fünf US-Universitäten, darunter Stanford, Cornell und Columbia, will IBM zunächst künstliche Synapsen entwickeln, die so winzig sind, dass Milliarden von ihnen auf einem einzigen Quadratzentimeter Platz haben.

"Die Zeit ist reif"

Nanotechnologie, die Herstellung von Produkten auf Mikrometergröße, ist eine der Voraussetzungen für das Gelingen des ambitionierten Projekts. Hinzu kommen neue Erkenntnisse der Hirnforschung darüber, was Denken bedeutet und welche Prozesse dabei ablaufen, sowie die schiere Rechenleistung moderner Computer. Die Zeit für das Projekt sei reif, "weil jetzt diese drei Trends zusammenkommen", sagt Modha. Mit Kollegen ist es ihm bereits gelungen, das Gehirn einer Ratte im Computer zu simulieren - allerdings erfordert das bisher noch einen IBM "BlueGene"-Superrechner, der ganze Räume füllt und Millionen kostet.

Dharmendra Modha leitet das IBM-Labor für Cognitive Computing© IBM

Dass die Welt eine neue Art von Computern braucht, die anders arbeiten, steht für die Forscher außer Zweifel. "Heutige Rechner sind fantastisch, wenn es um strukturierte Daten geht", erklärt Modha, "aber leider sehr unbeholfen im Umgang mit der Komplexität, die sich aus veränderlichen, zweideutigen Daten ergibt." Das ist die Stärke biologischer Hirne. Bisherige Computer sind nun mal auf Eins und Null, Schwarz und Weiß programmiert; mit Grautönen können sie daher wenig anfangen. Solange es nur um Excel-Tabellen auf dem PC geht, ist das kein Problem - doch immer häufiger sollen die Rechenhirne mit Informationen hantieren, die aus der Menschenwelt stammen: Sensoren, die sich überall in unserem Alltag breitmachen, liefern eine Datenflut, die laut Marktforscher IDC jährlich um 60 Prozent wächst. Mehrdeutige Situationen, die sich daraus ergeben, plagen globale Finanzmärkte ebenso wie die Klimaforschung - und wenn Autos je lernen sollen, sich selbst zu lenken, müssen sie ebenfalls mitdenken können.

"Je mehr wir unseren Planeten mit Sensoren aller Art ausstatten, umso wichtiger wird es, dass wir Computer entwickeln, die mit uns in der wirklichen Welt leben und auf sie reagieren können", sagt Dharmendra Modha. Schmecken, riechen, fühlen, hören, all das soll für die Maschinen normal werden. Ein Stück weitergedacht, wäre sogar eine Art gobales Gehirn denkbar, das in Echtzeit Informationen verarbeiten kann wie ein menschliches, ohne an dessen natürlichen Grenzen zu stoßen. "Unser Gehirn ist auf biologische Funktionen beschränkt", erklärt Modha; ein smarter Großrechner dagegen, der mit einer Flut aus Informationen rund um den Globus gefüttert würde, "könnte aus dem ständig wechselnden Datenstrom neue Erkenntnisse für einen schlauen Planeten gewinnen."

In neun Monaten zur künstlichen Synapse

Der Weg ans Ziel ist weit, doch ihre erste Etappe wollen die Wissenschaftler in nur neun Monaten zurücklegen: die Herstellung der künstlichen Synapsen und die Beantwortung der Frage, wie Gehirnzellen Daten verarbeiten. Die US-Regierung fördert das Projekt mit 4,9 Millionen Dollar an Forschungsgeldern. "Wir möchten schnell und billig etwas bauen, das die Grundlage für intelligente Maschinen bildet", sagt Modha. Bis mitdenkende Computer Alltag werden, können allerdings noch viele Jahre vergehen: "Im Augenblick geht es uns nur um das Verstehen", erklärt der IBM-Forscher. "Der Tag wird sicher kommen, an dem es solche Rechner zu kaufen gibt. Allerdings ist das Ankunftsdatum völlig ungewiss."