Здравствуйте! На данный момент портал работает в режиме тестирования.
мама
123
ИТ и электроника Новости

Ученые из МФТИ стали на шаг ближе к созданию искусственной нейронной сети

Группа учёных из МФТИ создала прототипы наноразмерных «электронных синапсов» — мемристоров — на основе сверхтонких плёнок оксида гафния (HfO2) размером 40х40 нм2. Эти наноустройства проявляют свойства, аналогичные биологическим синапсам. С помощью разработанной технологии мемристоры были объединены в матрицы. В перспективе это позволит создавать компьютеры, работающие на принципах биологических нейронных сетей, сообщает пресс-служба вуза. Своё исследование учёные опубликовали в научном журнале Nanoscale Research Letters.

Мемристоры (англ. memristor, от memory — память, и resistor — электрическое сопротивление) — устройства, способные менять свое состояние (проводимость) в зависимости от протекшего через них заряда и, таким образом, имеющие память о своей «предыстории». В работе учёные использовали устройства на основе плёнок оксида гафния — материала, который используется в производстве современных процессоров, поэтому технология без труда может быть внедрена в промышленность.

«В более простом варианте мемристоры являются многообещающими элементами для бинарной энергонезависимой памяти, в которых информация записывается переключением электрического сопротивления — из большого в малое и обратно. Мы же пытаемся продемонстрировать более сложный функционал мемристоров — у нас они могут имитировать работу биологических синапсов», — рассказал ведущий автор исследования Юрий Матвеев.

Российские учёные создали искусственную нейронную сеть на основе полимерных мемристоров

Синапс — это место соединения нейронов, основная функция которого является передача сигнала от одного нейрона к другому. Каждый нейрон может иметь тысячи синапсов, то есть связываться с огромным числом других нейронов. Это позволяет обрабатывать информацию не в последовательном (как делают современные компьютеры), а в параллельном режиме. По мнению специалистов, именно в этом заключается причина фантастической эффективности «живых» нейронных сетей.

Со временем синопсисы могут изменять свой «вес» — способность передавать сигнал. Это свойство является ключом к пониманию функции памяти и обучаемости мозга.

Как и у биологического синапса, величина электрической проводимости мемристора является итогом всей его предыдущей «жизни» — от самого момента изготовления.

«Окончательного понимания физических принципов работы таких мемристоров пока нет. Однако качественная модель состоит в следующем: в структуре металл-сверхтонкий оксид-металл в слое оксида под действием электрического поля образуются и перемещаются точечные дефекты – вакансии атомов кислорода. Именно эти дефекты и отвечают за обратимое изменение проводимости слоя оксида», — пояснил соавтор статьи, научный сотрудник Лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Сергей Захарченко.

В Нижегородском университете создают электронную модель человеческого мозга

Авторы смоделировали несколько механизмов обучения («пластичность») биологических синапсов на созданных «аналоговых» мемристорах. Речь идёт о таких функциях, как долговременное ослабление или усиление связи между двумя нейронами. Общепринято, что именно эти явления лежат в основе механизмов памяти.

Помимо этого авторам удалось отобразить ещё более сложной механизм — временную пластичность (spike-timing-dependent plasticity) — зависимость величины связи между нейронами от относительного времени их «срабатывания». Ранее было продемонстрировано, что именно этот механизм отвечает за ассоциативное обучение — способности мозга находить связи между разными событиями.

Всё это позволило авторам доказать, что элементы, которые они создали, можно рассматривать как прототип «электронного синапса», а на их основе возможно создавать искусственные нейронные сети «в железе».

«Мы создали минимальную матрицу наноразмерных мемристоров, воспроизводящих свойства биологических синапсов. Благодаря полученным результатам, мы стали еще на шаг ближе к тому, чтобы построить искусственную нейронную сеть. Пусть пока что простейшую, но «в железе»», — отметил заведующий Лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Андрей Зенкевич.

Об авторе

Сергей Кобяков

Сергей Кобяков