fbpx

Каталог статей

Каталог статей для размещения статей информационного характера

Технології

Прірва між біологічним і цифровим мозком звужується

Оскільки достеменно невідомо, як працює мозок, дослідникам часто доводиться вдаватися до аналогій. Найпоширеніша з них мозок як такий собі м’який, безформний, неточний біологічний варіант комп’ютера, пише видання The Economist.
Ну що ж, можливо, мозок і повільний, і схильний до помилок, але він ще і надійний, здатний пристосовуватися, економний, чудово справляється з обробкою різнорідних і розмитих даних, які надходять з реального світу і які звичайні цифрові комп’ютери не можуть «переварити». Так що аналогії можна проводити в обох напрямках, і вчені давно вже намагаються вдосконалити свої творіння, запозичуючи ідеї з біології. Наприклад, модна і динамічна галузь штучного інтелекту, відома під назвою «глибинне навчання», часто черпає натхнення в тому, як побудовано біологічний мозок.
Загальна ідея конструювання комп’ютерів за образом і подобою мозку називається нейроморфным компьютингом (цей термін в кінці 1980-х створив один з піонерів комп’ютерних наук Карвер Мзс). Там є багато привабливого. Зокрема, подією в цій області стала стаття, опублікована 3 серпня в Nature Nanotechnology групою вчених під керівництвом Евангелоса Елефтеріу з цюріхської дослідної лабораторії IBM, яка оголосила про створення діючої штучної версії нейрона.
Нейрони витягнуті, тісно переплетені між собою клітини, на які припадає більша частина важкої роботи в біологічному мозку. Ідея створити штучний нейрон не нова. Доктор Мзс сам експериментував із застосуванням спеціально налаштованих транзисторів (крихітних електронних перемикачів, на яких працюють комп’ютери) для імітації певного поведінки цих клітин. Зараз такі штучні «нейрони», які роблять все від подачі реклами на веб-сторінки до розпізнавання осіб в постах у Facebook), симулюються в основному програмним забезпеченням на базі кодів, що працюють на звичайному кремние. Але, як вам скаже будь-який вчений-комп’ютерник, ерзац-версія чого-небудь в програмному забезпеченні неминуче має меншу точність і використовує більше обчислювальної потужності, ніж оригінал.
Штучні нейрони – шлях до штучного мозку
Нейрони це пристрої розпізнавання образів. Окремий нейрон з’єднаний з десятками або сотнями інших, може передавати електричні сигнали в обох напрямках. Якщо він отримає достатню кількість досить сильних сигналів від своїх «побратимів» за досить короткий проміжок часу, він активується і пошле електричний імпульс до інших сполучених з ним нейронів і, можливо, пробудить і їх. Якщо вхідні сигнали дуже слабкі або рідкісні, він буде залишатися в стані спокою.
Винахід доктора Елефтерія це крихітний шматочок халькогенідних скла, затиснутого між двома електродами. Халькогенидное скло відоме як матеріал з фазовим переходом. Це означає, що його фізична структура змінюється під час проходження крізь нього електричного струму. Спочатку це безформна грудочку без правильної атомної структури і з низькою електропровідністю. Однак під час проходження низьковольтного електричного імпульсу невелика частина речовини нагріється і набере впорядкованої кристалічної форми з набагато більш високою провідністю. Достатня кількість таких імпульсів надасть електропровідності більшої частини грудочки в цей момент крізь неї може проходити струм і цей «нейрон» збудиться так само, як і справжній. Тоді з допомогою високовольтного струму можна знову розплавити кристали і перезавантажити «нейрон».
Такий механізм імітує справжні нейрони ще в одному значенні. Нейрони непередбачувані. Через флуктуації в клітині певну прикладена дія не завжди дає однаковий результат. Для інженера-електроніка це справжнє прокляття. Але, за словами провідного автора Nature Nanotechnology Томаса Тумі, природа дотепно використовує той випадковий характер взаємодії: групи нейронів виконують функції, які були б неможливими, якщо б були абсолютно передбачуваними. Наприклад, вони можуть «висмикнути» систему з математичної пастки під назвою «локальний мінімум», в якій деколи «застряють» алгоритми цифрового комп’ютера. Програмним «нейронів» випадковий характер потрібно задавати штучно. І, оскільки точні атомні характеристики під час процесу кристалізації в ерзац-нейронах IBM в різних циклах неоднакові, їх поведінка набуває необхідного кілька непередбачуваного характеру.
Команда провела ретельні випробування своїх «електронних нейронів». Окремий штучний нейрон при відповідному дії на нього виявився здатним достатньо достовірно розрізняти певні структури в хаотичних тестових даних. Доктор Тума впевнений, що на сучасному етапі технологій виробництва чіпів його «нейрони» можна робити набагато меншими при відповідному обсязі звичайної електронної схеми. А ще вони будуть споживати значно менше енергії.
Наступний етап, за словами доктора Елефтерія, експерименти з об’єднанням таких «нейронів» в мережі. Мініатюрні версії цих мереж можна приєднувати до сенсорів і налаштовувати на виявлення будь-яких явищ: від, наприклад, незвичайних температур у виробничій техніці до відхилень в електричних ритмах серця пацієнта або специфічних моделях торгів на фінансових ринках. Великі версії можна буде встановлювати на стандартних комп’ютерних чіпах як швидкісний і економічний співпроцесор. Він краще буде виконувати завдання по розпізнаванню образів начебто розпізнавання мови або осіб, які зараз виконуються повільніше і менш ефективними програмами, які працюють на стандартних схемах. Якщо це станеться, то концептуальний розрив між штучним і справжнім мозком ще трохи зменшиться.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *