Здатність мозку постійно навчатися може бути використано для апаратного штучного інтелекту

Коли людський мозок вивчає щось нове, він адаптується. Але коли штучний інтелект вивчає щось нове, він схильний забувати вже вивчену інформацію.

Про це розповідається в пресрелізі Університету Пердью (США), передають OstanniPodii.com.

Оскільки компанії використовують все більше й більше даних для покращення того, як штучний інтелект (ШІ) розпізнає зображення, вивчає мови та виконує інші складні завдання, стаття, опублікована в журналі Science цього тижня, показує, як комп’ютерні чіпи можуть динамічно перебудовуватися, щоб приймати нові дані, як це робить мозок, що допомагатиме ШІ продовжувати навчання з плином часу.

«Мозок живих істот може безперервно навчатися протягом усього свого життя. Тепер ми створили штучну платформу для навчання машин протягом усього їхнього життя», — сказав Шрірам Раманатан, професор Школи інженерії матеріалів Університету Пердью, який спеціалізується на виявленні того, як матеріали можуть імітувати роботу мозку для покращення обчислень.

На відміну від мозку, який постійно формує нові зв’язки між нейронами для забезпечення навчання, схеми на комп’ютерному чіпі не змінюються. Схема, яку машина використовувала роками, нічим не відрізняється від схеми, яка спочатку була створена для цієї машини на заводі.

Це проблема для підвищення портативності ШІ, наприклад, для автономних транспортних засобів або роботів у космосі, які повинні приймати рішення самостійно в ізольованих середовищах. Якби ШІ можна було вбудувати безпосередньо в апаратуру, а не просто запустити на програмному забезпеченні, як це зазвичай робиться із ШІ, ці машини могли б працювати більш ефективно.

У цьому дослідженні Раманатан та його команда створили нове обладнання, яке можна перепрограмувати на вимогу за допомогою електричних імпульсів. Раманатан вважає, що така адаптивність дозволить пристрою брати на себе всі функції, необхідні для створення комп’ютера зі здібностями мозку.

«Якщо ми хочемо створити комп’ютер або машину зі здібностями мозку, то, відповідно, ми хочемо мати можливість безперервно програмувати, перепрограмувати та змінювати чіп», – сказав Раманатан.

На шляху до побудови мозку у формі чіпа

Апаратне обладнання являє собою невеликий прямокутний пристрій, виготовлений з матеріалу під назвою перовскіт-нікелат, який дуже чутливий до водню. При застосуванні електричних імпульсів різної напруги, пристрій здатен за лічені наносекунди перемішувати концентрацію іонів водню, створюючи стани, які, як виявили дослідники, можуть бути порівнянні з відповідними функціями в мозку.

Наприклад, коли пристрій має більше водню поблизу свого центру, він може діяти як нейрон - окрема нервова клітина. З меншою кількістю водню в цьому місці пристрій служить синапсом - з′єднанням між нейронами, що використовується мозком для зберігання пам’яті в складних нейронних ланцюгах.

За допомогою моделювання експериментальних даних вчені показали, що внутрішня фізика цього пристрою створює динамічну структуру для штучної нейронної мережі, яка здатна більш ефективно розпізнавати паттерни електрокардіограми та цифри у порівнянні зі статичними мережами. Ця нейронна мережа використовує "резервуарне обчислення", що пояснює, як різні частини мозку спілкуються та передають інформацію.

Дослідники також продемонстрували в цій роботі, що з появою нових проблем динамічна мережа може "вибирати", які схеми найкраще підходять для розв′язання цих проблем.

Оскільки команда змогла побудувати пристрій з використанням стандартних, сумісних з напівпровідниками технологій виготовлення, та експлуатувати його при кімнатній температурі, Раманатан вважає, що ця технологія може бути легко прийнята у напівпровідниковій промисловості.

«Ми продемонстрували, що цей пристрій дуже надійний», — сказав Майкл Парк, аспірант в Пердью в галузі інженерії матеріалів. «Після програмування пристрою протягом мільйона циклів, реконфігурація всіх функцій була надзвичайно відтворювальною».

Дослідники працюють над тим, щоб продемонструвати ці концепції на великомасштабних тестових чіпах, які використовувалися б для створення комп’ютера зі здібностями мозку.

Крім вказаного вишу, в дослідженні приймали участь співробітники Університету Санта-Клари, Портлендського державного університету, Аргонської національної лабораторії, Університету Іллінойсу, Брукхейвенської національної лабораторії та Університету Джорджії.

Експерименти були проведені в лабораторії FLEX і нанотехнологічному центрі Birck в парку Discovery Університету Пердью.

Дослідження проводилося за підтримки Управління науки Департаменту енергетики США, Управління наукових досліджень ВПС та Національного наукового фонду.