Когда человеческий мозг узнает что-то новое, он адаптируется. Но когда искусственный интеллект узнает что-то новое, он склонен забывать уже изученную информацию.
Поскольку компании используют все больше и больше данных для улучшения того, как ИИ распознает изображения, изучает языки и выполняет другие сложные задачи , статья, опубликованная на этой неделе в журнале Science , показывает, как компьютерные чипы могут динамически перестраиваться, чтобы воспринимать новые данные, как это делает мозг. помогая ИИ продолжать учиться с течением времени.
«Мозг живых существ может непрерывно учиться на протяжении всей жизни. Мы создали искусственную платформу, на которой машины будут учиться на протяжении всей жизни», — сказал Шрирам Раманатан, профессор Школы материаловедения Университета Пердью, специализирующийся на изучении того, как материалы могут имитировать мозг для улучшения вычислений.
В отличие от мозга, который постоянно формирует новые связи между нейронами, чтобы обеспечить возможность обучения, схемы на компьютерном чипе не меняются. Схема, которую машина использовала годами, ничем не отличается от схемы, изначально построенной для машины на заводе.
Это проблема для того, чтобы сделать ИИ более портативным, например, для автономных транспортных средств или роботов в космосе, которые должны были бы принимать решения самостоятельно в изолированных средах. Если бы ИИ можно было встроить непосредственно в аппаратное обеспечение , а не просто работать в программном обеспечении, как это обычно делает ИИ, эти машины могли бы работать более эффективно.
В этом исследовании Раманатан и его команда создали новую аппаратную часть, которую можно перепрограммировать по запросу с помощью электрических импульсов. Раманатан считает, что эта адаптивность позволит устройству взять на себя все функции, необходимые для создания компьютера, основанного на мозге.
«Если мы хотим построить компьютер или машину, вдохновленную мозгом, то, соответственно, мы хотим иметь возможность непрерывно программировать, перепрограммировать и изменять чип», — сказал Раманатан.
На пути к созданию мозга в форме чипа
Аппаратура представляет собой небольшое прямоугольное устройство, изготовленное из материала, называемого никелатом перовскита, который очень чувствителен к водороду. Применение электрических импульсов с разным напряжением позволяет устройству изменять концентрацию ионов водорода за наносекунды, создавая состояния, которые, как обнаружили исследователи, могут быть сопоставлены с соответствующими функциями в мозге.
Например, когда в центре устройства больше водорода, оно может действовать как нейрон, отдельная нервная клетка. С меньшим количеством водорода в этом месте устройство служит синапсом, соединением между нейронами, которое мозг использует для хранения памяти в сложных нейронных цепях.
Путем моделирования экспериментальных данных сотрудники команды Purdue из Университета Санта-Клары и Портлендского государственного университета показали, что внутренняя физика этого устройства создает динамическую структуру для искусственной нейронной сети , которая способна более эффективно распознавать образцы и цифры электрокардиограммы по сравнению со статической. сети. Эта нейронная сеть использует «резервуарные вычисления», которые объясняют, как разные части мозга общаются и передают информацию.
Исследователи из Пенсильванского государственного университета также продемонстрировали в этом исследовании, что по мере появления новых проблем динамическая сеть может «выбирать и выбирать», какие схемы лучше всего подходят для решения этих проблем.
Поскольку команда смогла построить устройство, используя стандартные технологии изготовления, совместимые с полупроводниками, и работать с устройством при комнатной температуре, Раманатан считает, что этот метод может быть легко принят в полупроводниковой промышленности.
«Мы продемонстрировали, что это устройство очень надежное», — сказал Майкл Парк, доктор философии Purdue. студент в области материаловедения. «После программирования устройства более миллиона циклов реконфигурация всех функций удивительно воспроизводима».
Исследователи работают над демонстрацией этих концепций на крупномасштабных тестовых чипах, которые будут использоваться для создания компьютера, вдохновленного мозгом .
Эксперименты в Purdue проводились в лаборатории FLEX Lab и нанотехнологическом центре Birck в парке открытий Purdue. Сотрудники команды из Аргоннской национальной лаборатории, Университета Иллинойса, Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Джорджии провели измерения свойств устройства.
Теги: ИИ, чип