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?
Vědci vytvořili neuronovou síť z umělých memristorů

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, Věda, Technologie, Umělá inteligence, Neuronová síť, Stejná úloha, Levný materiál, Hlavní spoj, Synapse, Trénování paměti, Neuron, Lidský mozek, Základní část, Uložený vzor, Realizace, The machine, Velká řada, Vědec, Snadná emulace, Blízké setkání

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

26 procesorů v důkladném testu

Zhodnotili jsme 18 bezdrátových reproduktorů

Jak fungují cash back služby?

Pohlídejte své děti na internetu