Shrnutí nové prezentace Neuralinku, 2. část: Vývoj a optimalizace implantátu

Po delší odmlce se vracíme k prosincové prezentaci pokroku Neuralinku. Dozvěděli jsme se z ní tolik informací, že to vydá na celý seriál. Prezentace se skládala z mnoha kratších částí, ve kterých vůdčí osobnosti z různých týmů Neuralinku představovaly co mají nového.

V první části jsme se podívali na to, jak poslední dva roky v Neuralinku shrnul Elon Musk a co k tomu dodal viceprezident a spoluzakladatel firmy DJ Seo. Dnešní díl bude o vývoji některých podsystémů implantované části neurálního rozhraní. Konkrétně půjde o spotřebu energie a technologii nabíjení implantátu. Ten má i přes své miniaturní rozměry pracovat celý den na jedno nabití.

Detekce vzruchů a spotřeba energie

Nejprve si shrneme krátkou prezentaci inženýra, který se představil jako Avinash z týmu ASIC (anglicky „Application Specific Integrated Circuit“, česky překládáno jako „zákaznický integrovaný obvod“) čili skupiny, která vyvíjí vysoce specializovaný mikročip integrovaný do implantátu. Avinash ukázal, jak jeho tým optimalizuje detekci vzruchů, aby snížil spotřebu energie a umožnil celodenní používání rozhraní na jedno nabití.

Jeho tým vyvíjí čipy zajišťující záznam a stimulaci na každém z 1024 nezávislých kanálů. Výzvami jsou zde výpočetní výkon, spotřeba energie a rozměry, do kterých se vše musí vměstnat. Elektronika musí obsloužit 1024 elektrod na ploše větší mince a registrovat elektrickou aktivitu na úrovni méně než 20 mikrovoltů v amplitudách.

Co se týká snižování spotřeby elektrické energie, cílem je, aby uživatel musel zařízení nabíjet jen jednou denně, podobně jako dnes mobilní telefon. Avinash se ve své prezentaci soustředil na to, jak jeho tým hodlá tohoto cíle dosáhnout.

V roce 2018 byla veškerá data zachycená na všech elektrodách vysílána ke zpracování do počítače mimo implantát. K tomu bylo potřeba velké množství energie. V roce 2020 Neuralink přenesl detekci vzruchů přímo na čip v implantátu. Do externího počítače byly vysílány už jen zachycené vzruchy, což bylo vlastně velmi účinnou formou komprese dat.

Další optimalizace v posledních dvou letech pomohly snížit celkovou spotřebu čipu na pouhých 32 miliwattů a zdvojnásobit životnost baterie. Šlo například o optimalizace algoritmu detekce vzruchů:

• Nejprve Avinashův tým aplikoval v algoritmu pásmový filtr pro odstranění šumu, který je mimo definované pásmo.
• Poté aplikovali adaptivní prahy pro každý kanál.
• A nakonec také modifikovali způsob detekce vzruchů – detektor nyní identifikuje tři klíčové body vzruchu (angl. spike), což umožňuje určovat nejen přítomnost vzruchu, ale také jeho tvar – to může být extrémně důležité pro rozeznávání vzruchů vycházejících z různých neuronů sousedících s jednou elektrodou a také to souvisí s dalšími optimalizacemi, o kterých bude řeč níže.

Jiným příkladem optimalizace, který konkrétně pomohl snížit spotřebu energie o dalších 15 procent, je lepší způsob řízení přístupu do operační paměti implantátu. Jde o následující změnu přístupu:

• Vzruchy přes jednotlivé neurony procházejí poměrně zřídka, což znamená, že jejich detektor stráví hodně času hledáním prvního amplitudového bodu vzruchu a velmi málo času hledáním dalších dvou bodů, které se objevují vždy až po prvním překročení definovaného prahu. Díky této charakteristické vlastnosti vzruchů může být snížen přístup do operační paměti až o 30 procent.
• Systém má jeden společný detektor vzruchů a jednu paměť SRAM, ve které jsou zapisovány stavy na každé elektrodě (angl. channel state). Paměť sdílí všechny kanály/elektrody.
• Když detektor vzruchů obdrží nový vzorek stavu kanálu, kontroluje minulý stav z SRAM, je spuštěna detekce změny stavu (vzruchu) a poté je aktualizovaný stav zapsán zpět do paměti SRAM. Celý implantát z 1024 elektrod přijímá 20 milionů vzorků (stavů) za sekundu, čili paměť je velmi zaneprázdněná.
• V nejnovější verzi čipu je paměť rozdělena na dvě části – „hot state SRAM“ a „cold state SRAM“. „Hot state SRAM“ je používána při zpracování každého vzorku, zatímco „cold state SRAM“ jen při překročení prahu, čili detekování prvního bodu vzruchu. Tento nový přístup výrazně snižuje spotřebu energie.

Avinash prozradil také něco z budoucích plánů týmu ASIC. Ten už pracuje na novém čipu specializovaném na stimulaci neuronů. Má obsluhovat 4096 elektrod v implantátu stejné velikosti. Pro lepší stimulaci má operovat při vyšším napětí. Z důvodu většího počtu elektrod a širších možností využití rozhraní bude do implantátu přidáno i procesorové jádro ARM. Protože nové čipy budou mít stejnou velikost jako ty současné, je možné do jednoho implantátu vměstnat až čtyři, čili jedno rozhraní bude mít až 16 000 elektrod!

Tato informace je trochu matoucí, protože současná verze má 1024 elektrod i když jich tedy zřejmě může mít až 4x tolik. V animaci na začátku článku je rovněž vidět, že čipy jsou čtyři. Není jasné, zda společně ovládají zmíněných 1024 elektrod, nebo to můžou dělat každý zvlášť.

Nabíjení implantátu

Prezentaci o bezdrátovém indukčním nabíjení implantátu představil inženýr Matt, který je šéfem týmu elektrického inženýrství neurálního rozhraní (angl. Brain Interfaces Electrical Engineering Team).

Jeho tým se při vývoji nabíjení pro plně implantované zařízení potýká s několika výzvami:

• systém musí mít solidní dosah, protože není možné použít magnety pro zajištění lepší pozice nabíječky
• musí být odolný proti rušení
• nabíjení musí být rychlé, aby pro uživatele nebylo nepříjemností
• nejdůležitější je bezpečnost – teplota povrchu implantátu nesmí při nabíjení vzrůst o více než dva stupně Celsia

Nabíjecí systém prošel několika technickými iteracemi. Prasnice Gertruda z prezentace z roku 2021 měla implantát, který používal nabíječku první generace. Ta byla nejprve celá implementována v malém pouzdře tvaru „puku“ a později rozdělena na cívku a základnu. Používání této verze nabíječky bylo dost náročné, ale inženýři Neuralinku se díky ní mnohé naučili.

Nabíječka, kterou používá současná generace implantátů, je celá implementována v hliníkové základně, ve které je i řídicí elektronika. Indukční cívka je 4krát větší než v původní verzi, je odpojitelná a pracuje na vyšší frekvenci. Matt na prezentaci ukázal, jak nyní nabíječku používají opice přímo ve výběhu Neuralinku. Konkrétně náš starý známý, makak Pager z videa Monkey MindPong. Ten se naučil nabíječku sám používat. Cívka je implementována do větve stromu v jeho výběhu a v její blízkosti je také k dispozici Pagerovo oblíbené banánové smoothie. Když ho pije, nabíjí se jeho implantát. Nebo pravděpodobně přesněji – když svou hlavu umístí tak, že se implantát nabíjí, teče mu ze zásobníku ono smoothie.

Tým Matta už také pracuje nad novou, vylepšenou verzí systému nabíjení implantátu. Ten například bude mít dynamický systém ladění, který zajistí to, aby nabíječka dobře fungovala na kratší i delší vzdálenosti. Vylepšena bude také regulace teploty, což umožní i rychlejší nabíjení.

Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!