Дослідники імітують стратегії морських сліз у квантових матеріалах

Дослідники з Університету Пердью відкрили, що матеріал може імітувати найважливіші інтелектуальні особливості морської слізи. Це може допомогти їм створити апаратне забезпечення, яке зробить штучний інтелект більш ефективним і надійним, що може вплинути на nhiều галузі, такі як автономні транспортні засоби, хірургічні роботи та алгоритми соціальних медіа.

Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Воно було проведено командою дослідників з Університету Пердью, Університету Джорджії, Університету Рутгерса та Національної лабораторії Арґонне.

Шрірам Раманатан – професор матеріалознавства Університету Пердью.

“Дослідники нейробіології відкрили ознаки інтелекту, які є фундаментальними для виживання будь-якої живої істоти, вивчаючи морських сліз”, – сказав Раманатан. “Ми хочемо скористатися цією зрілою інтелектуальністю тварин, щоб прискорити розвиток штучного інтелекту.”

Навчання у морських сліз

Нейробіологи відкрили дві основні ознаки інтелекту у морських сліз: габітуацію та сенсибілізацію. Габітуація відбувається, коли щось або хтось звикає до стимулу з часом, тоді як сенсибілізація відбувається, коли щось або хтось реагує сильно на новий стимул.

Одна з основних проблем штучного інтелекту – “дилема стабільності-пластичності”, яка виникає, коли штучний інтелект має труднощі з навчанням і зберіганням нової інформації без переписування існуючої інформації. З габітуацією штучний інтелект міг би “забути” непотрібну інформацію, щоб стати більш стабільним. Водночас сенсибілізація могла б допомогти йому зберігати нову і важливу інформацію, що дозволяє пластичність.

Демонстрація стратегій у нікель-оксиді

Дослідники змогли продемонструвати габітуацію та сенсибілізацію в нікель-оксиді, який є квантовим матеріалом через свої властивості, які не можуть бути пояснені класичною фізикою. Якщо квантовий матеріал міг би успішно використовувати ці форми навчання, це могло б бути можливим створити штучний інтелект безпосередньо в апаратному забезпеченні. Штучний інтелект міг би виконувати більш складні завдання, використовуючи менше енергії, якщо він міг би працювати через апаратне та програмне забезпечення.

“Ми фактично імітували експерименти, проведені на морських сліз, у квантових матеріалах, щоб зрозуміти, як ці матеріали можуть бути корисними для штучного інтелекту”, – сказав Раманатан.

Морські слізи демонструють габітуацію, коли вони перестають витягувати свої зябра так сильно, що є реакцією на потрапляння в пастку на сифоні. Електричний шок у хвоста морської слізи викликає витягування зябр більш драматично, що є сенсибілізацією.

Щоб відтворити це в нікель-оксиді, необхідно збільшити зміну електричного опору. Реpeatedly піддаючи матеріал впливу водню, зміна електричного опору нікель-оксиду зменшується з часом. Однак, коли вводиться новий стимул, такий як озон, зміна електричного опору значно збільшується.

Дослідницька група взяла до уваги ці результати, і команда під керівництвом Каушика Роя, професора електротехніки та комп’ютерних наук Університету Пердью, змоделювала поведінку нікель-оксиду. Вони створили алгоритм, який міг би використовувати стратегії габітуації та сенсибілізації для категоризації даних у кластери.

“Дилема стабільності-пластичності не вирішена зовсім. Але ми показали спосіб вирішення цієї проблеми на основі поведінки, яку ми спостерігали у квантовому матеріалі”, – сказав Рой. “Якщо ми могли б перетворити матеріал, який вчиться таким чином, в апаратне забезпечення в майбутньому, то штучний інтелект міг би виконувати завдання значно ефективніше.”

Щоб це було корисним і практичним, дослідники повинні визначити, як застосувати ці стратегії у великомасштабних системах, а також визначити, як матеріал міг би реагувати на стимули, коли він інтегрований в комп’ютерну мікросхему.