Способность мозга постоянно учиться может быть использована для аппаратного искусственного интеллекта

Когда человеческий мозг изучает что-нибудь новое, он адаптируется. Но когда искусственный интеллект изучает что-нибудь новое, он склонен забывать уже изученную информацию.

Об этом рассказывается в пресс-релизе Университета Пердью (США), передают OstanniPodii.com.

Поскольку компании используют все больше и больше данных для улучшения того, как искусственный интеллект (ИИ) распознает изображения, изучает языки и выполняет другие сложные задания, статья, опубликованная в журнале Science на этой неделе, показывает, как компьютерные чипы могут динамически перестраиваться, чтобы принимать новые данные, как это делает мозг, что будет помогать ИИ продолжать обучение с течением времени.

«Мозг живых существ может непрерывно учиться на протяжении всей своей жизни. Теперь мы создали искусственную платформу для обучения машин на протяжении всей их жизни», — сказал Шрирам Раманатан, профессор Школы инженерии материалов Университета Пердью, специализирующийся на выявлении того, как материалы могут имитировать работу мозга для улучшения вычислений.

В отличие от мозга, постоянно формирующего новые связи между нейронами для обеспечения обучения, схемы на компьютерном чипе не изменяются. Схема, используемая машинами годами, ничем не отличается от схемы, которая первоначально была создана для этой машины на заводе.

Это проблема для повышения портативности ИИ, например для автономных транспортных средств или роботов в космосе, которые должны принимать решения самостоятельно в изолированных средах. Если ИИ можно было бы встроить непосредственно в аппаратуру, а не просто запустить на программном обеспечении, как это обычно делается с ИИ, эти машины могли бы работать более эффективно.

В исследовании Раманатан и его команда создали новое оборудование, которое можно перепрограммировать по требованию с помощью электрических импульсов. Раманатан считает, что такая адаптивность позволит устройству брать на себя все функции, необходимые для создания компьютера со способностями мозга.

«Если мы хотим создать компьютер или машину со способностями мозга, то соответственно мы хотим иметь возможность непрерывно программировать, перепрограммировать и менять чип», – сказал Раманатан.

На пути к построению мозга в форме чипа

Аппаратное оборудование представляет собой небольшое прямоугольное устройство, изготовленное из материала под названием перовскит-никелат, которое очень чувствительно к водороду. При применении электрических импульсов различного напряжения устройство способно за считанные наносекунды перемешивать концентрацию ионов водорода, создавая состояния, которые, как обнаружили исследователи, могут быть сравнимы с соответствующими функциями в мозге.

Например, когда устройство имеет больше водорода вблизи своего центра, оно может действовать как нейрон – отдельная нервная клетка. С меньшим количеством водорода в этом месте устройство служит синапсом – соединением между нейронами, используемым мозгом для хранения памяти в сложных нейронных цепях.

С помощью моделирования экспериментальных данных ученые показали, что внутренняя физика этого устройства создает динамическую структуру искусственной нейронной сети, которая способна более эффективно распознавать паттерны электрокардиограммы и цифры по сравнению со статическими сетями. Эта нейронная сеть использует "резервуарное вычисление", которое объясняет, как разные части мозга общаются и передают информацию.

Исследователи также продемонстрировали в этой работе, что с появлением новых проблем динамическая сеть может "выбирать", какие схемы лучше всего подходят для решения этих проблем.

Поскольку команда смогла построить устройство с использованием стандартных, совместимых с полупроводниками технологий изготовления и эксплуатировать его при комнатной температуре, Раманатан считает, что эта технология может быть легко принята в полупроводниковой промышленности.

«Мы продемонстрировали, что это устройство очень надежное», - сказал Майкл Парк, аспирант в Пердью в области инженерии материалов. «После программирования устройства в течение миллиона циклов, реконфигурация всех функций была очень воспроизводимой».

Исследователи работают над тем, чтобы продемонстрировать эти концепции на крупномасштабных тестовых чипах, которые использовались бы для создания компьютера со способностями мозга.

Помимо указанного вуза, в исследовании принимали участие сотрудники Университета Санта-Клары, Портлендского государственного университета, Аргонской национальной лаборатории, Университета Иллинойса, Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Джорджии.

Эксперименты были проведены в лаборатории FLEX и нанотехнологическом центре Birck в парке Discovery Университета Пердью.

Исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США, Управлением научных исследований ВВС и Национальным научным фондом.