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.
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.
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.
