Представьте себе компьютер размером с ноготь, который работает почти как наш мозг. Он учится на примерах, адаптируется к новым задачам и при этом потребляет энергии не больше светодиодной лампочки.
Исследователи из Университета Южной Калифорнии превратили эту фантастику в реальность, создав искусственные нейроны нового поколения. «Мы разрабатываем системы, которые работают по принципам человеческого мозга, но в микрочипах», — говорит профессор Джошуа Ян, руководитель проекта и директор Центра передового опыта по нейроморфным вычислениям.
Человеческий мозг отличается от памяти компьютера. Информация на компьютере хранится в одном месте (памяти), а обрабатывается в другом (процессоре). Данные постоянно обмениваются между ними.
Мозг устроен иначе. Каждый нейрон — это и память, и процессор одновременно. Нейроны общаются друг с другом через специальные контакты — синапсы. Когда нейрон получает сигнал, внутри него начинается химический процесс. Именно эта схема работы делает человеческий мозг таким эффективным. Он потребляет всего около 20 ватт энергии (как слабая лампочка), но справляется с задачами, на которые суперкомпьютеру потребовались бы мегаватты.
Команда профессора Яна сумела воспроизвести работу мозга в миниатюрном электронном устройстве — диффузионном мемристоре. Правда, в отличие от человеческого мозга, используются не ионы калия и натрия, а ионы серебра. «Хотя наши искусственные нейроны не используют одни и те же ионы, физика движения ионов очень похожа. Серебро проявляет динамику, необходимую для работы нейронов, используя простую структуру», — поясняет Ян.
Ребенку достаточно несколько раз увидеть цифру, чтобы запомнить. Человеческий мозг учится быстро и экономно благодаря особому свойству — пластичности. Синапсы между нейронами усиливаются или ослабевают в зависимости от опыта, образуя устойчивые связи. «Ребенок учится распознавать рукописные цифры всего за несколько примеров, тогда как компьютеру обычно требуются тысячи примеров и часов обучения», — говорит профессор Ян.
Новые искусственные нейроны работают аналогичным образом. Устройство само адаптируется к решению задач. Прямо как ребенок. Правда, куда заведет человечество создание таких миниатюрных нейроморфных мозгов на чипе, способных обучаться как человеческие дети? Не роет ли человечество само себе могилу, когда создает мозги для будущего Терминатора или андроида из «Бегущего по лезвию бритвы»?
