В США создали компьютер, работающий наподобие мозга — он способен вырабатывать ассоциации и «условные рефлексы»

Компьютер сделали из мягких материалов — его можно встраивать в том числе и в одежду.

Сотрудники Северо-Западного университета Чикаго и Гонконгского университета создали компьютер нового типа со способностью к ассоциативному обучению. Его основа — уникальные электрохимические транзисторы с искусственными синапсами. Они могут хранить и обрабатывать данные одновременно, подобно нейронам мозга.

Традиционные компьютеры производят триллионы операций в секунду, но до сих пор не могут распознавать образы и управлять движениями так же эффективно, как мозг человека. По словам Джонатана Ривнея, учёного из Северо-Западного университета, такую мощь, гибкость и надёжность мозгу дают синапсы — химические соединения между нейронами.

В обычных компьютерных процессорах транзисторы жёстко соединены между собой и взаимодействуют всегда с одинаковой силой. Из-за этого процессоры не могут подстраиваться под программу на физическом уровне, что ограничивает их гибкость и эффективность.

Также нынешние компьютеры хранят и обрабатывают данные в разных узлах — в памяти и процессоре. Постоянные обращения к памяти снижают производительность, а перемещение данных туда и обратно повышает энергопотребление компьютеров.

Поэтому традиционные компьютеры плохо справляются со сложными задачами вроде распознавания образов и координации движений, при типичном энергопотреблении в 400-500 ватт. Тогда как человеческий мозг со всеми своими уникальными функциями потребляет не больше 20 ватт энергии.

Учёные под руководством Джонатана Ривнея создали уникальные электрохимические транзисторы с искусственными синапсами. Такие транзисторы взаимодействуют между собой не через жёсткие контакты, а через обмен ионами — совсем как настоящие нейроны.

Опыты с новыми транзисторами показали, что они способны менять силу взаимодействия, регулируя мощность потока ионов. При повторении одной и той же операции такие транзисторы сильнее связываются между собой и таким образом «запоминают» операцию. Это даёт ассоциативность на аппаратном уровне и объединяет хранение и обработку данных в один процесс.

В качестве проверки учёные смогли воссоздать на таких транзисторах классический опыт из биологии — выработку условного рефлекса, как у собаки Павлова. Сначала компьютер научили выдавать сигнал, когда на датчик давления нажимали пальцем. Затем одновременно с нажатием стали подавать свет на фоторезистор. После пяти циклов обучения компьютер начал реагировать сигналом на один только свет, не дожидаясь нажатия пальцем.

Отдельное преимущество новых транзисторов в том, что они сделаны из мягких полимеров, а не из жёстких неорганических материалов вроде кремния или металлов. Джонатан Ривней полагает, что компьютеры на таких транзисторах можно будет без ограничений встраивать в гибкие материалы вроде одежды и даже в живые ткани.

Искусственные синапсы, в свою очередь, позволяют создать максимально естественные контакты с нервными клетками. Это значит, что компьютеры на новых транзисторах могут стать прорывом в области мозговых имплантов и компьютерных нейроинтерфейсов.

#компьютеры #биология #новости