Generel

Forskere låser op for manglende stykke til en 'kunstig hjerne'


Illustration fra NIST, der viser, hvordan denne nye synaps kunne forbinde hjerneprocessorerNIST

Ny forskning fra National Institute of Standards and Technology kan få computere flere trin tættere på at fungere som kunstige hjerner. NIST-teamet udviklede en superledende switch (en "synaps"), der 'lærer' som sin biologiske modstykke. Denne switch kan i sidste ende forbinde processorer og gemme minder i computersystemer nøjagtigt, hvordan den menneskelige hjerne lagrer information.

Udvikling af hjernelignende computere har været en vigtig del af science fiction i næsten hundrede år, men neuromorf teknik blev en realitet i slutningen af ​​1980'erne. Det er stort set blevet set som fremtiden for digitale hjerner til enheder som smartphones, computere og robotteknologi. Sammen med programmering af kunstig intelligens kan neuromorfe chips være nøglen til hurtigere computing med betydeligt mindre strøm og i mere effektive systemer.

"NIST-synapsen har lavere energibehov end den menneskelige synaps, og vi kender ikke nogen anden kunstig synaps, der bruger mindre energi," sagde NIST-fysiker Mike Schneider i en erklæring.

NIST-synapsen er en forbindelsesomskifter mellem indgående elektriske pigge og de signaler, der udsendes. Det fungerer på samme måde, at en menneskelig synaps hurtigt skifter mellem to hjerneceller. NIST-oprettelsen har et fleksibelt internt design, der kan ændres ud fra dens erfaring eller miljø. Jo flere elektriske pigge, der affyrer mellem processorer, jo stærkere er forbindelserne fra synapsen, forklarede forskerne. Og ligesom deres rigtige kolleger opretholder de kunstige synapser begge gamle kredsløb, mens de skaber nye.

Men i modsætning til en menneskelig synaps bevæger den kunstige sig betydeligt hurtigere end den menneskelige hjerne. En hjernecelle affyrer 50 gange i sekundet. NIST-synapsen affyrer 1 milliard gange i sekundet og en tiendedel af den energi, som den menneskelige hjerne har brug for. Forskerne målte den nødvendige energi på mindre end 1 attojoule. Det er mindre energi end hvad der naturligt findes ved stuetemperatur som baggrundsenergi.

Ideelt set ville disse nye synapser findes i neuromorfe computere, der stærkt er afhængige af superledende materialer. Det ville gøre hele systemet mere effektivt end anden elektronik, der er afhængig af superledere. Plus, som forskerne påpeger, afspejler superledende enheder allerede menneskelige hjerneceller i, hvordan de transmitterer signaler. Men tak til disse nye synapser mangler ikke det manglende stykke til kunstige hjerner.

Synapsen bruger også teknologi, som NIST-teamet kender, kaldet Josephson-krydset. Disse kryds sandwicher de superledende matierals med en isolator som påfyldning. Som Schnieder bemærkede, omfatter disse kryds 20.000 mangan- og silicium-nanoklynger pr. Kvadratmikrometer. De gav forskerne den kontrol, de havde brug for.

”Disse er tilpassede Josephson-kryds,” bemærkede han. "Vi kan styre antallet af nanoklynger, der peger i samme retning, hvilket påvirker krydsningens superledende egenskaber."

I sidste ende kunne disse synapser spille kritiske roller i at gøre databehandling samtidig til en realitet. Neuromorfe computere kan være den nye bølge af virkelighed i betragtning af det stigende behov for hurtigere computing til lavere energiomkostninger.

Hele papiret fra NIST kan findes i en nylig udgave af Videnskabelige fremskridt.


Se videoen: Allan Jones: A map of the brain (Oktober 2021).