Международная команда исследователей разработала принципиально новый тип искусственного нейрона — «транснейрон». Устройство не просто имитирует активность различных зон головного мозга, но и делает это с высокой точностью, воспроизводя электрические паттерны мозга макак.
Главная особенность разработки — способность адаптироваться к условиям в реальном времени, что фактически открывает дверь в эру по-настоящему отзывчивой робототехники.
Уникальность изобретения в том, что один и тот же физический элемент способен мимикрировать под клетки из совершенно разных отделов коры.
«Транснейрон» на лету переключает роли: сейчас он отвечает за обработку визуальных образов, а через мгновение — за планирование или моторику. Обмен информацией происходит через спайки (электрические импульсы), максимально приближая «железо» к принципам биологических вычислений.
Читайте: ИИ-двойник умерших – Стартап 2Wai вызвал этическую бурю в сети
Новый транснейрон подталкивает роботов к человеческому сознанию
В исследовании, которое возглавили специалисты Университета Лафборо (Loughborough University) при поддержке коллег из Института Солка и Университета Южной Калифорнии (USC), акцент был сделан на преодолении ограничений традиционной архитектуры.
Если классические искусственные нейроны обычно «заточены» под узкую задачу, то новая структура позволяет менять функционал простой корректировкой электрических настроек, избегая сложного перепрограммирования.
«Останется ли человеческий мозг недосягаемой загадкой, или мы всё же сможем воссоздать его в электронике, возможно, даже превзойдя оригинал?» — рассуждает профессор Сергей Савельев из Университета Лафборо.
По его словам, способность одного элемента воспроизводить поведение зрительных, моторных и премоторных клеток позволит в будущем создавать компактные чипы для сложнейших задач. Это, по сути, закладывает технический фундамент для появления андроидов, действительно похожих на людей.
Чтобы проверить теорию практикой, на «транснейрон» подавали серии сигналов, сравнивая отклик с реальными записями активности нейронов макак. Результат впечатляет: устройство воспроизвело импульсные паттерны из трёх разных областей мозга с точностью, близкой к абсолютной.
Спектр реакций варьировался от равномерного возбуждения до хаотичных всплесков, характерных для так называемой пачечной активности. Любопытно, что для смены «личности» нейрона достаточно микроскопических изменений параметров тока.
Профессор Александр Баланов из Университета Лафборо поясняет: искусственные клетки чутко реагируют на физические изменения среды, будь то давление или температура.
Это свойство может стать ключом к созданию сенсорных систем нового поколения и компьютеров с экстремальной энергоэффективностью.
Вычисления по принципу мозга
Но речь идёт не только о слепом копировании активности. Исследователи доказали, что устройство полноценно обрабатывает информацию.
При изменении входного сигнала частота генерации импульсов менялась ровно так, как это происходит в живой ткани. А когда на вход подавали два сигнала одновременно, реакция зависела от их тайминга — задача, для решения которой в традиционных нейросетях обычно требуется целый кластер вычислительных единиц.
Вся эта гибкость обеспечивается мемристорами — наноразмерными элементами, меняющими сопротивление в зависимости от прошедшего заряда.
Внутри структуры атомы серебра выстраиваются в тончайшие мостики и разрушаются, порождая электрические импульсы. Манипулируя напряжением и температурой, учёные заставляют нейрон менять роли на физическом уровне, без участия громоздкого программного обеспечения.
Д-р Сергей Гепштейн из Института Солка подчёркивает фундаментальную разницу подходов: обычные процессоры зажаты в рамки жёстких алгоритмов, тогда как мозг работает иначе. «Наш транснейрон — это выход за пределы программной симуляции. Мы создаём аппаратную часть, которая функционирует по биологическим законам», — отмечает он.
На пути к роботизированной нервной системе
Следующий логичный этап — объединение одиночных элементов в разветвлённые сети, своего рода «кору на чипе».
Авторы уверены, что такие системы наделят роботов способностью чувствовать окружение и адаптироваться к нештатным ситуациям здесь и сейчас.
«Эта работа знаменует небольшой, но критически важный шаг к созданию роботов с полноценной искусственной нервной системой», — заявляет профессор Джошуа Янг. По его мнению, подобные технологии обеспечат машинам эффективное пожизненное обучение при сниженном энергопотреблении.
А д-р Павел Борисов из Университета Лафборо смотрит ещё дальше: не исключено, однажды подобные интерфейсы удастся соединить с живой нервной тканью человека, что даст науке новый инструментарий для изучения природы сознания.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU