Исследователи из Университета штата Орегон создали необычное светочувствительное устройство, которое имитирует ключевые особенности работы человеческого мозга. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Вдохновение от живого мозга
Сегодняшние системы искусственного интеллекта часто страдают от высокой энергозатратности. Причина в том, что информация постоянно путешествует между отдельными блоками — датчиками, памятью и процессорами. Это замедляет работу и повышает расход электричества.
Ларри Ченг, профессор электротехники и информатики из инженерного колледжа, вместе с коллегами нашел более изящное решение. Они объединили в одном крошечном фототранзисторе сразу три функции: восприятие света, хранение данных и их обработку прямо на месте.
«Наше оптоэлектронное устройство представляет собой новую аппаратную возможность, которая может обеспечить более эффективную обработку информации непосредственно на уровне датчиков», — объясняет Ченг.
Такой подход позволяет избежать лишних перемещений сигналов, что особенно важно для устройств, работающих в реальном времени.
Память, которая умеет забывать
В классических компьютерах память просто держит информацию, пока ее не сотрут. Новое устройство ведет себя гораздо ближе к биологическому мозгу. Когда свет падает на чувствительный слой, он генерирует электрические заряды. Эти заряды накапливаются и служат «воспоминанием» о том, что увидел датчик.
Но самое интересное — память здесь не статичная. Небольшой управляющий электрический сигнал может усиливать или ослаблять влияние этих зарядов. В результате воспоминания могут сохраняться долго или, наоборот, быстро угасать.
Это напоминает процессы в человеческом мозге, где нейромедиаторы укрепляют важные связи и помогают постепенно избавляться от ненужной информации.
«Уникальность этой работы заключается в том, что накопленные заряды не зафиксированы на месте», — подчёркивает Ларри Ченг.
Как именно работает этот фототранзистор
Устройство состоит из двух основных слоев материалов с разными свойствами. Внизу расположен оксидный полупроводник — тонкий канал, по которому течет электрический ток, как по узкой тропинке для электронов. Сверху лежит органический фоточувствительный слой. Он улавливает фотоны света, превращает их в электрические заряды и часть этих зарядов надежно удерживает внутри себя даже после того, как освещение пропало.
Захваченные заряды продолжают влиять на ток в нижнем канале, сохраняя таким образом память о прошлом оптическом сигнале. Чтобы управлять этой памятью, ученые подают напряжение на специальный электрод — затвор транзистора. Это позволяет физически сдвигать положение зарядов относительно канала.
Если заряды перемещаются ближе к каналу, их влияние усиливается, и эффект памяти сохраняется дольше. Если отодвинуть их дальше — воздействие слабеет, накопленные заряды быстрее рассеиваются, и воспоминание угасает. Такая возможность настраивать время хранения делает устройство по-настоящему гибким.
Почему это важно для будущего ИИ
Подобная светочувствительная память с программируемым временем хранения создает удобное «временное окно» для обработки визуальных данных прямо на датчике. Это особенно ценно для систем машинного зрения, где приходится быстро решать, какая информация важна сейчас, а какая может быть забыта через секунды.
Разработка вносит вклад в развитие нейроморфных вычислений — направления, которое копирует структуру и принципы работы биологических нейронных сетей. В итоге искусственный интеллект сможет работать быстрее и значительно экономичнее энергии, особенно в задачах с динамическими сигналами от сенсоров.
Разработчики создали электронный синапс, имитирующий нейронную систему
Создан нейроморфный чип, имитирующий зрение человека
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX