Автор Шрирам Раманатан
Большая идея
Уникальный материал, оксид никеля, демонстрирует способность узнавать вещи об окружающей среде таким образом, чтобы имитировать самые базовые способности животных к обучению, как описывается в новой статье.
Более полувека нейробиологи изучали морских слизней, чтобы понять основы обучения животных. Две фундаментальные концепции обучения - это привыкание и сенсибилизация. Привыкание возникает, когда реакция организма на повторяющийся стимул постоянно снижается. Когда исследователи впервые касаются морского слизняка, его жабры втягиваются. Но чем больше они касаются слизняка, тем меньше он втягивает жабры. Сенсибилизация - это крайняя реакция организма на вредный или неожиданный раздражитель. Если исследователи затем ударяют морского слизня током, он втянет жабры гораздо сильнее, чем когда к нему просто прикоснулись. Это сенсибилизация.
Оксид никеля имеет особенности, поразительно похожие на это поведение при обучении. Вместо того, чтобы втягиваться жабры, авторы измерили изменение электропроводности материала. В качестве стимула вместо прикосновения пальца использовалось постоянное чередование окружения оксида никеля между обычным воздухом и газообразным водородом.
Оксид никеля интересен тем, что, когда вы подвергаете его воздействию газообразного водорода, его кристаллическая структура слегка изменяется, и становится доступно больше электронов для генерации электрического тока. В эксперименте авторы продолжали переключаться между средой, содержащей только водород, и средой с обычным воздухом. Можно было ожидать, что электрическая проводимость будет колебаться вверх и вниз прямо в зависимости от воздействия водорода или воздуха. Но, как и в случае с морскими слизнями, изменение проводимости оксида никеля медленно снижалось по мере того, как его стимулировали. Он привык к водороду.
Когда подвергли материал воздействию яркого света или озона, он быстро менял свою проводимость - точно так же, как слизняк всегда резко реагирует на небольшой удар.
Почему это важно
Способность узнавать, запоминать или забывать информацию по мере необходимости - мощный навык для любого животного или машины. Пока что подавляющее большинство исследований в области искусственного интеллекта сосредоточено на программных подходах к машинному обучению, при этом гораздо меньше усилий уделяется изучению обучаемости материалов.
В центре этих двух взаимосвязанных областей исследований лежит область компьютеров, вдохновленных мозгом. Чтобы интеллект можно было запрограммировать в аппаратном обеспечении, ученым нужны полупроводники, которые могут учиться на прошлом опыте и адаптироваться к динамическим средам физическим способом, подобным тому, которым обладают нейроны в мозгу животных. Новое исследование, показывающее, как оксид никеля демонстрирует особенности обучения, намекает на то, как этот или аналогичные материалы могут служить строительными блоками для компьютеров будущего.
Что еще не известно
Прежде чем такие материалы можно будет включить в компьютерные микросхемы, необходимо устранить некоторые пробелы в знаниях. Например, пока не ясно, в каких масштабах необходимо усвоить материал, чтобы его можно было использовать в электрических системах. Как быстро нужно что-то изучить или забыть, чтобы быть полезным? Еще неизвестно, как и можно ли изменить структуру оксида никеля, чтобы добиться различного поведения при обучении.
Что дальше
В дополнение к дальнейшим экспериментам с самим материалом, есть теоретические уроки, которые нужно изучить. Наблюдения за коллективным поведением животных в природе, таких как стаи птиц и косяки рыб, вдохновили исследователей на разработку таких областей ИИ, как интеллект роя. Точно так же интересное коллективное движение атомов и электронов в материалах может вдохновить ИИ и проектирование оборудования в будущем.
По мере открытия новых материалов, которые могут вместить подвижные атомы, я оптимистично настроен, что мы увидим дальнейшие прорывы, которые могут приблизить исследователей на один шаг к созданию компьютеров, имитирующих мозг животных.