Oamenii de stiinta din MIT proiecteaza synapse artificiale pentru chips-uri asemanatoare creierului

O nouă eră de calcul s-a apropiat, cercetătorii au creat designul și au efectuat primul test practic pentru o sinapsă artificială care ar putea permite calculatoarelor să replice unele dintre cele mai puternice și complexe funcții ale creierului.

În timp ce computerele ar putea părea mai puternice decât creierul nostru, putem face de fapt o gamă mult mai largă de semnale posibile decât "on" și "off" de binar, datorită sinapselor care manipulează legăturile dintre neuroni.

Replicarea acelei capacități într-un calculator necesită sinapse artificiale care pot trimite în mod fiabil toate semnalele subtil diferite. Așa cum descriu în ediția de luni a revistei Materiale naturale, cercetatorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts au facut ceea ce ei numesc primul test practic vreodata al unei astfel de synapse artificiale, dezlantind ceea ce este cunoscut sub numele de calculul neuromorfic.

În timp ce testele au avut loc doar în simulările pe calculator, testele au fost promițătoare. Cercetatorii au folosit conceptele artificiale de sinapsă pentru a recunoaște diferite eșantioane de mână. Simularea pe care au fugit-o a reușit aproape să se potrivească cu algoritmii tradiționali existenți în ceea ce privește acuratețea - 95 față de 97 la sută - ceea ce reprezintă un punct impresionant de pornire pentru tehnologie este începutul absolut.

Computerele digitale tradiționale se bazează pe semnalele binare. O valoare a unu înseamnă "pe", în timp ce o valoare de zero înseamnă "off". Deoarece calculatoarele pot efectua calcule specifice mult mai rapid și mai eficient decât putem, este ușor de presupus că această abordare binară este mai bună decât ceea ce se întâmplă în creier.

Dar configurarea analogică a celor 100 de miliarde de neuroni din fiecare dintre creierele noastre este cu siguranță mult mai sofisticată. 100 trilion sinapselor care gestionează conexiunile dintre acești neuroni nu transmit pur și simplu semnale on sau off.

Diferitele tipuri și numere de ioni care curg într-o sinapsă dată determină cât de puternic este semnalul pe care îl transmite unui anumit neuron și că spectrul mesajelor posibile înseamnă că creierul nostru poate să deblocheze o varietate mult mai mare de calcule. În cazul în care computerele ar putea adăuga complexitatea acestor seturi de instrumente, ar trebui să vă uitați la unele mașini puternice - și nu ar trebui să fie și ele uriașe.

Iată problema: natura a avut câțiva miliarde de ani pentru a perfecționa sinapsele în creierul nostru și în celelalte specii. Cercetătorii au încercat doar să creeze echivalentul sintetic pentru câțiva ani și există câteva piedici majore. Cea mai mare este că orice sinapse artificiale trebuie să transmită în mod fiabil exact același semnal pentru fiecare intrare pe care o primește, altfel complexitatea se degradează doar în haos.

"Odată ce aplicați unele tensiuni pentru a reprezenta unele date cu neuronul artificial, trebuie să ștergeți și să îl puteți scrie din nou exact în același mod", a spus Kim. "Dar într-un solid amorf, când scrieți din nou, ionii merg în direcții diferite pentru că există o mulțime de defecte. Acest flux se schimbă și este greu de controlat. Aceasta este cea mai mare problemă - neuniformitatea sinapsei artificiale."

Cercetătorii MIT sunt optimizați, proiectarea lor a făcut progrese semnificative în această problemă, folosind un material diferit, un silicon unic cristalin care se desfășoară perfect fără defecte. Într-o simulare, cercetătorii au proiectat sinapse artificiale deasupra acestei fundații utilizând materialul tranzistor de siliciu germaniu, au putut să creeze curenți care variau doar între patru procente între diferite sinapse. Nu este perfect, dar este o imbunatatire imensa a ceea ce sa obtinut anterior.

Deocamdată, această lucrare rămâne teoretică și există o diferență între demonstrarea rezultatelor promițătoare într-o simulare, față de realizarea acelui lucru într-un test real din lumea reală. Dar Kim și echipa lui sunt optimiste.

"Aceasta deschide o piatră de temelie pentru a produce hardware artificial real", a spus el.