Vědci vytvořili neuronovou síť z umělých memristorů

  • Nová forma umělých memristorů může být levnou cestou budoucích počítačů
  • Neuronová síť z těchto memristorů může vést k počítačům podobným lidskému mozku
  • Kdy se dočkáme nového druhu počítačů?

Do deseti let bychom se dle vynálezce memristorů měli setkat s prvními umělými mozky, které budou mít podobné schopnosti jako ty lidské. Hlavním důvodem tohoto pokroku je realizace memristorového počítače.

Memristor je unikátní součástkou a zjednodušeně jde o odpor s pamětí, který se může měnit použitím a procházejícím napětím. Stejně jako to dělá synapse s neurony, základní části lidského mozku a neuronové sítě.

Aby bylo možné takto efektivní umělý mozek vyrobit, je nutné optimalizovat velikost a výrobu právě jedné takové součástky – memristorů a poté jich samozřejmě dokázat propojit a vyrobit miliardy za dostupnou cenu. A o to se snaží vědci z Moskevského fyzikálně-technického institutu, kteří zkoumají memristory ve spolupráci s italskými kolegy.

„Plastové“ memristory

Vědci se zaměřili na výzkum polymerních (polyaniline) memristorů, ze kterých dokázali vytvořit základní neuronové sítě schopné provádět logické operace. Díky tomuto materiálu mohli vědci s použitím skleněného substrátu a chromových elektrod vytvořit jednoduché prototypy memristorů o šířce přibližně jednoho milimetru.

Klepněte pro větší obrázek
Složení levného polymerového memristoru

Velikost v této fázi vývoje nehraje příliš roli, jde hlavně o snadnou manipulaci a ta byla nutná k vytvoření základní neuromorfní sítě. Jak jsme popisovali ve starším článku o memristorech, pro jejich vlastnosti je důležité nejen napětí ale i změna napětí. Při postupném zvyšování napětí se ostře mění průchod proudu až v určitém bodě dojde k minimalizaci odporu.

Pokud poté začnete snižovat napětí, nízký odpor se nějakou dobu nemění a pak se začne zase pomalu objevovat a začne se snižovat průchod proudu. U testovaných prototypů, u kterých vědci zvýšili napětí o 0,5 V, propustil memristor pouze 0,1 mikroampérů. Při snížení stejného napětí 0,5 V se průchod proudu zvýšil 50násobně na pět mikroampér.

Logická neuronová síť z umělých memristorů

S tímto nastavením už bylo možné jednotlivé memristory zapojit do neuronové sítě pro práci s logickými operacemi a tedy i učením. Po několika desítkách pokusů o učení vytvořené neuronové sítě se podařilo natrénovat memristorovou síť pro logické operace NAND a posléze také NOR.

Klepněte pro větší obrázek
Ukázka zapojení a trénování vytvořené memristorové neuronové sítě

Rychlost vykonávání těchto operací sice nebyla použitelná pro reálné nasazení, ale v tomto případě šlo spíše o ukázku, že jde takový systém vytvořit pomocí levných materiálů. V budoucnu se pochopitelně počítá s tím, že půjde o vícevrstvé trojrozměrné čipy, kde jednotlivé memristory o velikostech v rámci nanometrů budou spolu spojené dohromady ve struktuře jako má třeba lidský mozek.

Výpočet i uložení dat pomocí stejného prvku

K dispozici už je velká řada nejrůznějších druhů neuronových sítí, které jsou vhodné pro různé typy úloh. Hlavním spojovatelem je ale rozpoznávání vzorů v rámci velkého množství dat, zkrátka to, v čem je náš mozek tak skvělý a dostal nás tam, kde jsme. Zatím se ale vše řeší emulací pomocí softwaru a navíc pomocí běžných počítačových architektur, které patří do staré generace a obsahují spoustu zpomalujících vrstev.

Nová generace počítačů založených na memristorech totiž stejně jako náš mozek bude používat memristory pro výpočetní i ukládací operaci, což je nesmírně efektivní právě pro úlohy jako je rozpoznávání obrazu, řeči a také typicky „lidské“ věci jako je kreativita. Je jasné, že to nebude hned, ale rozhodně to není ani daleko. Pokud můžeme brát v úvahu odhad právě objevitele memristoru, měli bychom se takových umělých mozků se schopnostmi jako zvládnou ty lidské, dočkat přibližně do roku 2024.

Témata článku: Hardware, Technologie, Věda, Umělá inteligence, Neuronová síť, Neuron, Synapse, Trénování paměti

23 komentářů

Nejnovější komentáře

  • vransen 31. 1. 2016 13:54:43
    S tou umělou inteligencí je to pořád za deset let. Nechce se mi věřit, že...
  • Pavel Černík 30. 1. 2016 20:01:57
    jedna faktická poznámka: druhý odstavec, první věta: Napětí součástkami...
  • dpcstb 30. 1. 2016 18:56:40
    KONECNE. takze stale moze platit to co tvrdim.. do 10r tu mame skutocnu...
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 51

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 110

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 13

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

** David si nedokáže představit práci bez dvou a více monitorů ** Kubovi naopak stačí jeden a ve více displejích se ztrácí ** Jaký přístup je lepší?

23.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

** Google ve svém překladači roky používal statistickou technologii ** Nyní zavádí strojové učení a neuronové sítě ** Rozdíl by měl být zvláště na větších textech patrný už nyní

20.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

** Máte nápad, ale chybí vám stroje a pořádná dílna? ** Chcete postavit ptačí budku, nebo krabičku pro Arduino? ** Brno otevřelo svůj FabLab – laboratoř pro bastlíře

19.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31


Aktuální číslo časopisu Computer

První test AMD Ryzen

Velké testy: 22 powerbank a 8 bezdrátových setů

Radíme s koupí Wi-Fi routeru

Co dokáží inteligentní domy?