MIT Mga Siyentipiko Disenyo Artipisyal na Synapse para sa Utak-Tulad ng Computer Chip

Ang isang bagong panahon ng computing ay lumapit pa lamang, habang ang mga mananaliksik ay gumawa ng disenyo at nagpapatakbo ng unang praktikal na pagsubok para sa isang artipisyal na synapse na maaaring ipa-replicate ng mga computer ang ilan sa pinakamalakas at masalimuot na mga function ng utak.

Habang ang mga computer ay maaaring mukhang mas malakas kaysa sa aming mga talino, maaari naming aktwal na pakikitungo sa isang mas malawak na hanay ng mga posibleng signal kaysa sa "on" at "off" ng binary, salamat sa synapses na hawakan ang mga koneksyon sa pagitan ng neurons.

Ang pagkopya sa kakayahan na iyon sa isang computer ay nangangailangan ng mga artipisyal na synapses na maaaring mapagkakatiwalaan ipadala ang lahat ng mga iba't ibang mga senyales ng subtly. Bilang ilarawan nila sa isyu ng journal ng Lunes Mga Materyales sa Kalikasan, ang mga mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology ay nagsagawa ng tinatawag nilang unang praktikal na pagsubok ng naturang artipisyal na synapse, na pinalabas ang tinatawag na neuromorphic computing.

Habang ang mga pagsubok ay nangyari lamang sa mga simulation ng computer, ang mga pagsusulit ay may pag-asa. Ginamit ng mga mananaliksik ang artipisyal na disenyo ng synapse upang makilala ang iba't ibang mga sample ng sulat-kamay. Ang simulation na kanilang pinangasiwaan ay pinamamahalaang halos tumutugma sa kung anong umiiral na mga tradisyunal na algorithm ang maaaring gawin sa mga tuntunin ng katumpakan - 95 kumpara sa 97 porsiyento - na isang kahanga-hangang panimulang punto para sa tech sa ay ganap na pag-uumpisa.

Ang mga tradisyunal na digital na computer ay umaasa sa binary signaling. Ang halaga ng isang ibig sabihin ay "on," habang ang isang halaga ng zero ay nangangahulugang "off." Dahil ang mga computer ay maaaring magsagawa ng mga tiyak na kalkulasyon nang mas mabilis at mas mahusay kaysa sa magagawa natin, madaling ipalagay na ang binary na diskarte na ito ay mas mahusay kaysa sa kung ano ang nangyayari sa ating utak.

Ngunit ang analog setup ng 100 bilyon neurons sa loob ng bawat isa sa aming mga talino ay arguably mas sopistikadong. Ang 100 trilyon Ang mga synapses na namamahala sa mga koneksyon sa pagitan ng mga neurons ay hindi lamang magpadala ng mga signal o pabalik.

Ang iba't ibang uri at bilang ng mga ions na dumadaloy sa isang binigay na synapse ay tumutukoy kung gaano kalakas ang isang senyas na ipinadadala nito sa isang partikular na neuron, at ang spectrum ng posibleng mga mensahe ay nangangahulugan na ang aming utak ay maaaring mag-unlock ng isang mas malawak na iba't ibang mga computations. Kung ang mga computer ay maaaring magdagdag ng ganitong uri ng pagiging kumplikado sa kanilang mga napakalaki na toolkit, ikaw ay tumitingin sa ilang malubhang makapangyarihang mga makina - at hindi nila kailangang maging higanteng alinman.

Narito ang problema: Mayroong ilang bilyong taon ang kalikasan upang makapagpagaling sa mga synapses sa aming talino at sa iba pang mga species. Sinisikap lamang ng mga mananaliksik na gumawa ng katumbas na sintetiko sa loob ng ilang taon, at may ilang mga pangunahing balakid. Ang pinakamalaking ay na ang anumang artipisyal na synapse ay dapat na mapagkakatiwalaan magpadala ng tiyak na parehong uri ng signal para sa bawat input na natatanggap nito, kung hindi man ang kaguluhan ay nagpapalubha lamang sa kaguluhan.

"Sa sandaling mag-aplay ka ng ilang boltahe upang kumatawan ng ilang data sa iyong artipisyal na neuron, kailangan mong burahin at maisulat muli ito sa parehong paraan," sabi ni Kim. "Ngunit sa isang walang hugis solid, kapag sumulat ka muli, ang ions pumunta sa iba't ibang direksyon dahil may maraming mga depekto. Ang stream na ito ay nagbabago, at mahirap kontrolin. Iyan ang pinakamalaking problema - ang pagiging uniporme ng artipisyal na synapse."

Ang mga mananaliksik ng MIT ay maasahan sa kanilang disenyo ay gumawa ng makabuluhang pag-usad sa problemang ito sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang materyal, isang solong mala-kristal silikon na nagsasagawa ng ganap na walang mga depekto. Sa isang simulation, ang mga mananaliksik ay nagdisenyo ng mga artipisyal na synapses sa ibabaw ng pundasyong ito gamit ang karaniwang materyal transistor na silikon germanyum, nagawa nilang lumikha ng mga alon na iba-iba lamang tungkol sa apat na porsiyento sa pagitan ng iba't ibang synapses. Iyon ay hindi perpekto, ngunit ito ay isang malaking pagpapabuti sa kung ano ang nakamit dati.

Sa ngayon, ang gawaing ito ay nananatiling panteorya, at may pagkakaiba sa pagitan ng nagpapakita ng mga nag-uumpisa na mga resulta sa isang simulation kumpara sa napagtatanto na sa aktwal na pagsubok sa real-world. Ngunit si Kim at ang kanyang koponan ay maasahin.

"Nagbukas ito ng isang stepping stone upang makagawa ng tunay na artipisyal na hardware," sabi niya.