Подобная мозгу: вычислительная система из серебряных проводов показала превосходящую точность восприятия

Экспериментальная вычислительная система, смоделированная физическим образом, распознала написанные от руки цифры с точностью 93,4%. Основным новшеством экспериментальной методики стал алгоритм обучения, который непрерывно направлял в систему данные об успешности выполнения задач при обучении в реальном времени.


Новый алгоритм превзошёл показатели традиционного машинного обучения, которые в среднем обеспечивали точность в 91,4%. Исследователи также продемонстрировали, что память о предыдущих вводных данных, хранящихся непосредственно в системе, улучшает обучение. Напротив, прочие методы вычислений сохраняют сведения о накопленном опыте в программном или аппаратном обеспечении отдельно от процессоров.

В течение 15 лет учёные из института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (CNSI) создавали свою платформенную технологию вычислений. Она похожа на человеческий мозг с его множеством связей и состоит из сложной сети проводов, распределённых на слое электродов. Система воспринимает вводные данные и выдает результаты благодаря электрическим импульсам. Провода в её составе настолько малы, что у них наномасштабный диаметр, то есть измеряется в миллиардных долях метра.

Построенную по принципу мозга сеть изготовили из материала с содержанием серебра и селена. Важно, что веществу доверили самостоятельно организоваться в сеть перекрещивающихся нанопроводков поверх комплекта из 16 электродов.

Разработанный «серебряный мозг» очень непохож на современные компьютеры. В последних отдельные модули памяти и обработки из атомов, положение которых неизменно, когда через них при проходят электронов. А вот сеть из нанопроводков физически меняет конфигурацию в ответ на стимул. Память уникальной новинки основана на атомной структуре и распределена по всей системе. Там, где провода перекрываются, соединения могут возникать или прекращаться подобно происходящему с синапсами в биологическом мозге, когда нейроны взаимодействуют между собой.

Соавторы исследования из Университета Сиднея придумали упрощённый алгоритм для ввода данных и интерпретации итогов. Он настроен так, чтобы использовать способность мозгоподобной системы динамически изменяться и обрабатывать несколько пакетов данных одновременно.

Ученые «натаскали» и протестировали сеть на рукописных цифрах. Изображения передавали в «серебряный мозг» пиксель за пикселем с электрическими импульсами по одной тысячной секунды. За тон пикселей, светлых либо тёмных, отвечали модуляции напряжения.

Сеть из нанопроводков всё ещё проходит стадию разработки. Но её создатели уже сейчас ожидают, что для сопоставимых задач ей потребуется куда меньше энергии, чем кремниевым системам искусственного интеллекта (ИИ). Сеть также сулит решение задач, с которыми уже сталкивается ИИ — это анализ меняющихся во времени сложных данных, например, динамики погоды. Уже существующие варианты ИИ при этом требуют огромных объёмов обучающих данных и чрезвычайно высоких затрат энергии.

Итак, в разработке совместили в тандем аппаратное и программное обеспечение. И рассчитывают, что полученная сеть из нанопроволок может затем играть дополнительную роль наряду с электронными устройствами на основе кремния. Память и обработка данных в подобных мозгу физических системах, способных постоянно подстраиваться и обучаться, хорошо подошли бы для «пограничных вычислений» — так называют обработку сложных данных локально, не связываясь с удалёнными серверами.

Потенциальные области применения «серебряного мозга» — робототехника, автономная навигация на транспорте, интеллектуальные устройств интернета вещей, мониторинг здоровья и координация показаний датчиков сразу в нескольких местах.