Дослідники імітують стратегії морських слимаків у квантовому матеріалі

Дослідники з Університету Пердью виявили, що матеріал може імітувати найважливіші інтелектуальні особливості морського слимака. Це може допомогти їм створити апаратне забезпечення, яке зробить ШІ більш ефективним і надійним, що може вплинути на багато сфер, як-от автономні транспортні засоби, роботи-хірурги та алгоритми соціальних мереж.

Дослідження було опубліковане в Праці Національної академії наук. Його очолювала група дослідників з Університету Пердью, Університету Джорджії, Університету Рутгерса та Аргонської національної лабораторії. 

Шрірам Раманатан — професор матеріалознавства Пердью.

«Вивчаючи морських слимаків, нейробіологи виявили ознаки інтелекту, які є фундаментальними для виживання будь-якого організму», — сказав Раманатан. «Ми хочемо скористатися цим зрілим інтелектом тварин, щоб прискорити розвиток ШІ».

Навчання у морських слимаків

Нейробіологи вивчили дві основні ознаки інтелекту морських слимаків: звикання та сенсибілізація. Звикання відбувається, коли щось або хтось звикає до подразника з часом, тоді як сенсибілізація відбувається, коли щось або хтось сильно реагує на новий подразник.

Однією з головних проблем штучного інтелекту є «дилема стабільності та пластичності», яка виникає, коли штучному інтелекту важко вивчати та зберігати нову інформацію без перезапису наявної. Звикнувши, ШІ міг «забути» непотрібну інформацію, щоб стати більш стабільним. У той же час сенсибілізація може допомогти йому зберегти нову та важливу інформацію, що забезпечує пластичність.

Демонстрація стратегій в оксиді нікелю 

Дослідники змогли продемонструвати як звикання, так і сенсибілізацію в оксиді нікелю, який є квантовим матеріалом через його властивості, які не можуть бути пояснені класичною фізикою. Якщо квантовий матеріал зможе успішно використовувати ці форми навчання, можна буде вбудувати ШІ безпосередньо в апаратне забезпечення. ШІ міг би виконувати більш складні завдання, споживаючи менше енергії, якби він міг працювати як через апаратне, так і через програмне забезпечення.

«Ми в основному імітували експерименти, проведені на морських слимаках у квантових матеріалах, щоб зрозуміти, як ці матеріали можуть бути цікавими для ШІ», — сказав Раманатан.

Морські слимаки демонструють звикання, коли вони перестають так сильно відсувати зябра, що є відповіддю на те, що вони потрапили в пастку в сифоні. Ураження електричним струмом на хвіст морського слимака призводить до різкого відсування зябер, що викликає сенсибілізацію. 

Щоб відтворити це в оксиді нікелю, має бути підвищена зміна електричного опору. Через багаторазовий вплив на матеріал газоподібного водню зміна електричного опору оксиду нікелю з часом зменшується. Однак, коли вводиться новий подразник, наприклад озон, зміна електричного опору значно збільшується. 

Дослідницька група взяла до уваги ці висновки, і команда під керівництвом Каушика Роя, почесного професора електротехніки та комп’ютерної інженерії Едварда Г. Тідеманна молодшого з Purdue, змоделювала поведінку оксиду нікелю. Вони створили алгоритм, який міг би використовувати стратегії звикання та сенсибілізації для класифікації точок даних у кластери.

«Дилема стабільність-пластичність не вирішена взагалі. Але ми показали спосіб вирішити це на основі поведінки, яку ми спостерігали в квантовому матеріалі», — сказав Рой. «Якщо ми зможемо в майбутньому перетворити матеріал, який навчається таким чином, на апаратне забезпечення, тоді ШІ зможе виконувати завдання набагато ефективніше».

Щоб це було корисним і практичним, дослідники повинні з’ясувати, як застосувати ці стратегії у великомасштабних системах, а також визначити, як матеріал може реагувати на подразники, коли він інтегрований у комп’ютерний чіп.