Гибкие синапсы: шаг к созданию искусственного глаза и нейроморфных компьютеров

Искусственный гибкий синапс: шаг к созданию нейроморфных компьютеров

Команда исследователей из Московского физико-технического института (МФТИ), Национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) и Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совершила значительный прорыв в области нейроморфных технологий. Ученые разработали искусственный гибкий синапс, который может стать основой для создания искусственного глаза и нейропроцессоров для нейроморфных компьютеров.

Нейроморфные компьютеры: будущее вычислительных технологий

Современные нейросетевые задачи выполняются на удаленных серверах, что требует значительных затрат энергии и увеличивает количество запросов. Для решения этих проблем разрабатываются нейроморфные компьютеры, архитектура которых лучше приспособлена для работы с нейросетями, чем традиционные процессоры.

Нейроны и синапсы: ключевые элементы мозга

Основные функциональные единицы мозга — нейроны и синапсы, которые соединяют нейроны друг с другом. Синапсы определяют, как сигналы передаются от одного нейрона к другому, усиливаются или ослабляются. Эти межнейронные «мостики» отвечают за память и процессы обучения, которые являются настройкой их проницаемости для электрических импульсов.

Гибкий мемристор: искусственный синапс

Ученые МФТИ и их коллеги создали искусственный синапс — гибкий мемристор с краткосрочной памятью, управляемый гибридными сигналами — электрическими и световыми. Мемристор — это резистор, сопротивление которого изменяется при прохождении электрических сигналов и сохраняется в течение некоторого времени. Эти свойства делают мемристоры идеальными элементами для нейропроцессоров и нейроконтроллеров, которые могут использоваться в «умных камерах», «электронных нервных системах» роботов и для решения нелинейных задач, с которыми классические компьютеры не справляются.

Применение искусственного синапса

Разработку планируется использовать для создания искусственных глаз. Зрительная информация в живых организмах обрабатывается в несколько этапов: сначала происходит детектирование на сенсорах в сетчатке, затем фотосигнал передается в нейроны зрительного нерва и обрабатывается в зрительной коре мозга. Ученые создали оптоэлектронный искусственный синапс из микрокристалла галогенидного перовскита и электродов из углеродных нанотрубок, который реализует все эти функции в одном устройстве. Размеры микрокристаллов совпадают с размерами палочек и колбочек, а гибкая подложка позволяет интегрировать мемристоры в массивы, расположенные на изогнутой поверхности, как в биологическом глазе.

Перспективы и вызовы

Создание искусственного гибкого синапса — это важный шаг в развитии нейроморфных технологий. Такие устройства могут значительно повысить энергоэффективность и производительность вычислительных систем, а также открыть новые возможности в области робототехники и искусственного интеллекта. Однако перед учеными стоят серьезные вызовы, связанные с масштабированием и интеграцией этих технологий в реальные устройства.

Заключение

Разработка искусственного гибкого синапса — это значительное достижение в области нейроморфных технологий, которое открывает новые горизонты для создания энергоэффективных и интеллектуальных систем. Эти технологии могут изменить будущее вычислительных устройств и робототехники, приближая нас к более точному моделированию и пониманию работы человеческого мозга.