Ученые придумали нейротранзистор для компьютера, не нуждающегося в ПО
Особенности работы искусственного интеллекта, который пытаются применять для все более сложных процессов, имитирующих физическую и умственную активность человека, требует все более мощных, но в то же время более экономичных компьютерных чипов. При этом возможности классической электроники, похоже уже приблизились к своему пределу. Чтобы преодолеть это ученые пытаются найти новые принципы работы электронных компонентов, приближающих их архитектуру к той, на которой основана работа мозга живых существ. Важный, возможно даже решающий шаг на данном пути сделали ученые германских институтов TU Dresden и Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), действовавших вместе с представителями целого ряда других ведущих научных организаций из разных стран, занимающихся исследованиями в области биоэлектроники.
Ученые под руководством профессора HZDR Ларисы Барабан (Larysa Baraban) и профессора TU Dresden Джанорелио Куниберти (Gianaurelio Cuniberti) применили для создания своего искусственного нейротранзистора тот же принцип, что действует в живой природе.
«Наша группа имеет большой опыт работы с биологическими и химическими электронными датчиками», - комментирует Лариса Барабан. - «Мы смоделировали свойства нейронов, используя принципы биосенсоров, и модифицировали классический полевой транзистор для создания искусственного нейротранзистора».
Преимущество примененной учеными архитектуры заключается в одновременном хранении и обработке информации в одном компоненте. В традиционной транзисторной технологии эти процессы разделены, что увеличивает время обработки и, следовательно, в конечном итоге ограничивает производительность.
Идея моделирования компьютеров на основе деятельности человеческого мозга не нова. Ученые пытались подключить нервные клетки к электронике в чашках Петри еще десятилетия назад.
«Но мокрый компьютерный чип, который к тому же нужно постоянно кормить, никому оказался не нужен», - резюмировал Джанорелио Куниберти.
Тем не менее ключевые принципы работы нейротранзистора были сформулированы учеными из Германии, Америки и других стран еще в 70-е годы. Но технологически все это удалось воплотить только сейчас.
«Мы наносим вязкое вещество, так называемый солгель, на обычную кремниевую пластину с электрическими цепями. Этот полимер затвердевает и становится пористой керамикой», - объясняет принцип создания структуры искусственного нейротранзистора профессор Куниберти. - «Ионы движутся между отверстиями. Они тяжелее электронов и медленнее возвращаются в свое положение после возбуждения. Эта задержка, называемая гистерезисом, является тем решающим фактором, который отличает принцип работы системы, напоминающей живой мозг. «Чем больше возбужден отдельный транзистор, тем быстрее он откроется и пропустит ток. Это укрепляет связь. Система учится», - комментирует эксперт.
Однако Лариса Барабан, Джанорелио Куниберти и их команда не сосредоточены на традиционных вопросах производительности и точности, которые ставят перед собой разработчики электронных компьютерных компонентов.
«Да, компьютеры на базе нашего чипа будут менее точными и будут склонны, скорее оценивать математические вычисления, а не вычислять итоговый результат с точностью до последнего знака после запятой», - поясняет Джанорелио Куниберти. - «Но главная их особенность не в этом, а в том, что они способны со временем становится все умнее. Например, человекоподобный робот с такими процессорами со временем самостоятельно научится ходить или хвататься за что-то, если он будет обладать оптической системой, то научиться распознавать связи между предметами. И все это - без необходимости разработки какого-либо программного обеспечения».
Самообучаемость на аппаратном уровне - не единственные преимущества нейроморфных компьютеров. Благодаря своей «гибкости мышления», которая похожа на пластичность работы человеческого мозга, нейротранзисторные устройства смогут адаптироваться к изменяющимся задачам непосредственно во время работы и, таким образом решать даже те проблемы, для преодоления которых они изначально не были созданы.