В будущем вы сможете носить с собой в кармане маленькую машинку, которая будет функционировать по тому же принципу, что и человеческий мозг. Она будет способна делать все, что может самая продвинутая искусственная нейронная сеть, но без интернета и загрузки программного обеспечения. И здесь важно отметить, что новое исследование «мозг на кристалле», опубликованное в понедельник в журнале «Nature Nanotechnology», является неким направлением, в сторону которого развиваются компьютерные технологии сегодня.
В Массачусетском технологическом институте (МТИ) ученые разрабатывают эту технологию, помещая десятки тысяч искусственных синапсов мозга, называемых мемристорами (сокращение от транзисторов с памятью), на подожку размером с конфетти из кремния и металлических сплавов. Цель состоит в том, чтобы создать крошечные устройства, которые могут совместить в себе возможности искусственного интеллекта локально, без необходимости подключения к облаку или использования суперкомпьютера.
«Представьте себе, что вы подключите нейроморфное устройство к камере вашего автомобиля, и оно сможет распознавать источники света и объекты, немедленно принимая решение, не подключаясь к Интернету», - рассказывает Дживан Ким, доцент кафедры машиностроения в МТИ. «Мы надеемся использовать энергонезависимые мемристоры для выполнения подобных задач на месте, в режиме реального времени».
Исследование «мозг-на-кристалле» - это шаг к нейроморфным устройствам или, другими словами, электронике, которая содержит новый тип схем, предназначенных для имитации нейронной структуры мозга. Эти устройства должны быть энергонезависимыми и свободно выполнять когнитивные задачи, такие как распознавание объектов, ассоциации, адаптация и обучение. Однажды ученые надеются сделать их такими же способными, как современные суперкомпьютеры, и новое исследование - уверенное движение к этой реальности.
Для изготовления мемристоров команда использовала сплавы серебра и меди, а также кремний. Полученная микросхема имела размер около одного миллиметра и могла «запоминать» сохраненные изображения и воспроизводить их снова и снова. Эти аналоги были более точными, чем в прошлых попытках испытаний, которые основывались на чипах с нелегированными металлами.
В одном тесте исследователи воссоздали однотонное изображение щита персонажа Капитана Америки. Каждый пиксель соответствовал одному мемристору в чипе. Таким образом, команда изменила проводимость каждого мемристора так, чтобы он соответствовал определенному цвету в пикселе, который он представлял. Они смогли воспроизвести изображение множество раз.
Затем, выполняя задачи обработки изображения, команда запрограммировала мемристоры, чтобы изменить внешний вид изображения, изображающего Киллианский двор Массачусетского технологического института с ухоженным газоном перед зданием кампуса. Они обнаружили, что с помощью этих мемристоров можно увеличить резкость и размытость исходного изображения в большей степени, чем это были могли делать предыдущие технологии.
Все это приводит к отходу от большого количества вычислений, поскольку исследователи могли выполнять эти задачи на крошечных мемристорах, а не с помощью программного обеспечения на компьютере. Это можно считать предпосылкой перехода к маленьким устройствам, способным использовать искусственный интеллект без обращения к большим центрам обработки данных, что, в свою очередь, может предвосхитить усовершенствованные камеры в смартфонах или более "умные" бортовые компьютеры в наших автомобилях.
«Мы хотели бы развивать эту технологию дальше, чтобы иметь более крупные массивы информации для задач распознавания изображений», - сказала Ким. «И однажды вы сможете использовать искусственный мозг для выполнения подобных задач, не подключаясь к суперкомпьютерам, интернету или облаку».