Впервые в истории созданы искусственные нейроны, работающие «как настоящие»

Интеграция Электроника Техника
мобильная версия
, Текст: Сергей Попсулин
Корпорация IBM создала первые искусственные нейроны, которые работают наподобие нейронов в человеческом мозге. Их важная особенность - стохастичность, то есть некоторая случайность, которая присутствует в работе и «настоящих» биологических нейронов.

Искусственные нейроны

Сотрудники исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе создали первые в истории искусственные стохастические нейроны с фазовым переходом. Компания создала 500 таких нейронов, объединив их в матрицы 10 x 10 штук, и научила их обрабатывать сигналы способом, близким к принципу работы головного мозга, сообщает Ars Technica.

Прорыв особенно примечателен тем, что нейроны с фазовым переходом были изготовлены из широко применяемых материалов, которыми можно оперировать на уровне нанометров. Также важно, что нейроны стохастические, то есть они ведут себя слегка неустойчиво и могут выдавать немного разные результаты — как и биологические нейроны.

Конструкция нейронов

Подобно биологических нейронов, искусственные нейроны IBM обладают вводом (дендрит), нейронной мембраной (липидная мембрана), окружающей генератор пиков (нечто вроде нейронного ядра) и вывод (аксон). Помимо этого, в искусственном нейроне присутствует линия обратной связи, которая идет от генератора пиков назад к вводам. Она служит для усиления входящих импульсов.

Ключевое различие кроется в мембране. В настоящем нейроне она работает одновременно и как резистор, и как конденсатор. То есть она сопротивляется прохождению тока, но, в конечном счете, при достаточно высоких импульсах на дендритах, на мембране образуется потенциал, достаточный для создания собственного импульса, который выходит через аксон к другому нейрону и т. д.

Подложка с искусственными нейронами IBM (крошечные серые прямоугольники)

Мембраны в нейронах IBM выполнены из сплава германия, сурьмы и теллура. Этот сплав — основной активный ингредиент перезаписываемых оптических дисков. Главное свойство этого сплава — способность легко преходить из одного фазового состояния в другое и обратно (кристаллическое и аморфное), обычно при воздействии температуры. В кристаллическом состоянии материал проводит электричество, в аморфном — нет.

Стохастичный характер

Биологические ионы при одинаковом воздействии выдают слегка различный результат, что является следствием ионной проводимости, температуры и фоновых помех. Нейронам IBM свойственно такое же поведение. Дело в том, что компоненты из указанного выше сплава немного отличаются по своей структуре после каждого рабочего цикла. В результате этого процесс кристаллизации каждый раз идет несколько иначе.

В шаге от нейрокомпьютеров

Нейроны IBM по сути можно поставить на поточное производство. Во-первых, они изготовлены из хорошо известных материалов, которые уже используются в электронной промышленности. Во-вторых, нейроны можно изготавливать достаточно маленькими. Образцы IBM произведены на базе 90-нм техпроцесса, но в корпорации ведут речь и о 14-нм топологии. Один искусственный нейрон имеет длину около 100 нм.

По мнению Ars Technica, с выпуском искусственных нейронов IBM впервые максимально близко приблизилась к созданию искусственного интеллекта, который способен работать наподобие биологического мозга, пусть и пока простейшей конструкции.