Cercetătorii realizează progrese în domeniul calculului neuromorf

O echipă de cercetători de la Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea (KAIST) a raportat un dispozitiv de memorie neuromorfă de dimensiuni nanometrice care emulează neuronii și sinapsele în același timp într-o celulă unitară. Noua realizare reprezintă un pas important spre atingerea calculului neuromorf care poate imita creierul uman cu dispozitive semiconductoare.

Cercetarea a fost publicată în Nature Communications.

Realizarea inteligenței artificiale cu calcul neuromorf

Experții lucrează la realizarea calculului neuromorf pentru a obține inteligență artificială (IA) prin imitarea mecanismelor neuronilor și sinapselor din creierul uman. Calculatoarele actuale nu pot oferi anumite funcții cognitive ale creierului uman din cauza unor limitări, dar potențialul lor a fost explorat în profunzime.

Cu toate acestea, circuitele neuromorfe actuale bazate pe CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) conectează neuronii și sinapsele artificiale fără interacțiuni sinergice. Implementarea neuronilor și sinapselor s-a dovedit a fi dificilă.

Pentru a depăși aceste limitări, echipa de cercetare condusă de profesorul Keon Jae Lee de la Departamentul de Știință și Inginerie a Materialelor a implementat mecanismele de funcționare biologică a oamenilor prin introducerea interacțiunilor neuron-sinapsă într-o singură celulă de memorie. Acest lucru diferă de abordarea tradițională de conectare electrică a dispozitivelor neuronale și sinaptice artificiale.

Dispozitive sinaptice artificiale

Dispozitivele sinaptice artificiale studiate anterior sunt adesea utilizate pentru a accelera calculele paralele, ceea ce demonstrează diferențe clare față de mecanismele de funcționare ale creierului uman. Prin implementarea interacțiunilor sinergice dintre neuronii și sinapsele din dispozitivul de memorie neuromorf, mecanismele rețelei neuronale biologice au putut fi emulate. Dispozitivul neuromorf poate înlocui, de asemenea, circuitele neuronale CMOS complexe cu un singur dispozitiv, ceea ce îmbunătățește scalabilitatea și eficiența costurilor.

Creierul uman este alcătuit dintr-o rețea complexă de 100 de miliarde de neuroni și 100 de trilioane de sinapse, iar funcțiile și structurile acestora pot varia în funcție de stimuli externi, ceea ce le permite să se adapteze la mediul înconjurător. Dispozitivul neuromorf dezvoltat de echipă permite coexistența memoriei pe termen scurt și lung utilizând dispozitive de memorie volatile și non-volatile care imită caracteristicile neuronilor și sinapselor. Memoria volatilă este reprezentată de un dispozitiv de comutare a pragului, în timp ce memoria cu schimbare de fază este utilizată ca dispozitiv non-volatil. Cu două dispozitive subțiri integrate fără electrozi imediați, adaptabilitatea funcțională a neuronilor și sinapselor a putut fi implementată în memoria neuromorfă.

“Neuronii și sinapsele interacționează între ei pentru a stabili funcții cognitive, cum ar fi memoria și învățarea, astfel încât simularea ambelor este un element esențial pentru inteligența artificială inspirată de creier”, a spus profesorul Lee. “Dispozitivul de memorie neuromorfă dezvoltat mimează, de asemenea, efectul de reînvățare care permite o învățare rapidă a informațiilor uitate prin implementarea unui efect de feedback pozitiv între neuroni și sinapse.”