Ang mga mananaliksik ay bumubuo ng isang sangkap para sa isang neuromorphic computer

Ang mga puntos ng paglipat ng utak ay na-modelo gamit ang mga magnetikong alon na partikular na nabuo at ibinahagi gamit ang mga hindi linya na proseso sa mga microscopically maliit na vortex disk. Kredito: HZDR / Sahneweiß / H. Schultheis

Ang mga neural network ay isa sa pinakamahalagang kagamitan ng artipisyal na katalinuhan (AI): ginagaya nila ang gawain ng utak ng tao at mapagkakatiwalaang makilala ang mga teksto, wika at imahe, upang pangalanan ang ilan. Sa ngayon ay nagtatrabaho sila sa mga tradisyunal na processor sa anyo ng adaptive software, ngunit ang mga eksperto ay nagtatrabaho sa isang alternatibong konsepto, ang “neuromorphic computer”. Sa kasong ito, ang mga switching point ng utak – mga neuron – ay hindi simulate ng software, ngunit naibalik sa mga bahagi ng hardware. Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Helmholtz Center, Dresden-Rosendorf Ang (HZDR) ay nagpakita ng isang bagong diskarte sa naturang kagamitan – target ang mga magnetic wave na nabuo at nahahati sa mga plate na kasing laki ng micrometer. Naghahanap sa hinaharap, maaaring nangangahulugan ito na ang mga gawain sa pag-optimize at pagkilala sa pattern ay maaaring maisagawa nang mas mabilis at mas mahusay na enerhiya. Iniharap ng mga mananaliksik ang kanilang mga natuklasan sa isang journal Mga sulat ng pisikal na inspeksyon.

Ang koponan ay batay sa kanilang pagsasaliksik sa isang maliit na disk na gawa sa isang materyal na magnetikong iron-nickel na may diameter na kaunting mga micrometro lamang. Sa paligid ng disk na ito ay isang singsing na ginto: kapag ang isang alternating kasalukuyang sa saklaw ng GHz ay ​​dumadaan dito, nagpapalabas ito ng mga oven ng microwave na nagpapasigla sa tinaguriang mga spin wave sa disk. “Ang mga electron sa iron nickel ay nagpapakita ng pag-ikot, na tila umiikot sa lugar, hindi bilang umiikot,” paliwanag ni Helmut Schultheis, pinuno ng grupong “Magnonica” na si Amy Notter ng HZDR. “Gumagamit kami ng mga pulso ng microwave upang bahagyang mapalihis ang tuktok ng elektron.” Pagkatapos ay maihatid ng mga electron ang pagganyak na ito sa kani-kanilang mga kapitbahay, na naging sanhi ng paggalaw ng spin wave sa materyal. Ang impormasyon ay maaaring maipadala sa ganitong paraan nang napakahusay, nang hindi gumagalaw ang mga electron mismo, na kung saan ang nangyayari sa mga modernong computer chip.

Bumalik sa 2019, natuklasan ng pangkat ng Schultgeis ang isang bagay na kapansin-pansin: sa ilalim ng ilang mga pangyayari, ang isang spin wave na nabuo sa isang magnetic vortex ay maaaring nahahati sa dalawang mga alon, bawat isa ay may nabawasang dalas. “Ang tinaguriang mga hindi linya na epekto ay responsable para dito,” paliwanag ng kasamahan ni Schultey na si Lucas Kerber. “Inaaktibo lamang ang mga ito kapag ang nag-iilaw na puwersa ng mga microwave ay tumatawid sa isang tiyak na threshold.” Ang nasabing pag-uugali ay nagpapahiwatig na ang mga spin wave ay nangangako ng mga kandidato para sa mga artipisyal na neuron dahil mayroong isang kapansin-pansin na kahilera sa pagpapaandar ng utak: gagana lamang ang mga neuron na ito kapag nalampasan ang isang tiyak na threshold ng stimulus.

Pain ng Microwave

Gayunpaman, sa una, ang mga siyentipiko ay hindi na tumpak na nakontrol ang paghihiwalay ng spin wave. Ipinaliwanag ni Kerber kung bakit: “Kapag itinutungo namin ang microwave sa disk, ang alon ng tagsibol ay nahati sa dalawang bagong alon. At mahirap kontrolin. “Kaya’t ang koponan ay kailangang magkaroon ng isang paraan sa paligid ng problemang inilarawan nila ngayon sa Mga Sulat sa Physical Review: bilang karagdagan sa singsing na ginto, isang maliit na magnetic stripe ang nakakabit sa tabi ng magnetic plate. na maaaring makipag-ugnay sa alon ng pag-ikot sa plato at sa gayon ay kumilos bilang pain. Ang spin wave sa banda ay nagdudulot ng alon sa plato upang mas mabilis na hatiin. “Ang isang napakaliit na sobrang signal ay sapat upang mas mabilis na hatiin,” paliwanag ni Kerber. na maaari na nating simulan ang proseso at makontrol ang pagkaantala. “

Na nangangahulugan din na sa prinsipyo napatunayan na ang mga plate ng spin wave ay angkop para sa mga artipisyal na neuron ng hardware – lumilipat sila nang katulad sa mga nerve cell sa utak at direktang makontrol. “Ang susunod na bagay na nais naming gawin ay bumuo ng isang maliit na network sa aming mga spin wave neuron,” sabi ni Helmut Schultgeis. “Pagkatapos nito, ang neuromorphic network na ito ay kailangang magsagawa ng mga simpleng gawain tulad ng pagkilala sa mga simpleng pattern.”

Pagkilala sa mukha at pag-optimize ng paggalaw

Ang pagkilala sa pattern ay isa sa mga pangunahing application ng AI. Halimbawa, ang pagkilala sa mukha sa isang smartphone ay tinatanggal ang pangangailangan na magpasok ng isang password. Upang gumana ito, kailangan mong maghanda nang maaga sa isang neural network na may kasamang malaking kapangyarihan sa computing at isang malaking halaga ng data. Inililipat ng mga tagagawa ng smartphone ang network na ito sa isang espesyal na maliit na tilad, na kung saan ay isinama sa cell phone. Ngunit ang maliit na tilad ay may kahinaan. Hindi siya adaptive, kaya, halimbawa, ay hindi makilala ang mga indibidwal na may suot na Kovid mask.

Sa kabilang banda, ang isang neuromorphic computer ay maaari ring harapin ang mga katulad na sitwasyon: hindi tulad ng maginoo na mga chip, ang mga bahagi nito ay hindi konektado, ngunit gumaganap bilang mga nerve cell sa utak. “Dahil dito, ang isang neuromorphic computer ay maaaring magproseso ng maraming data sa parehong oras bilang isang tao – at sa parehong oras ay maging napaka episyente ng enerhiya,” hinahangaan ni Schultheis. Bilang karagdagan sa pagkilala sa pattern, ang bagong uri ng computer ay maaaring patunayan na kapaki-pakinabang sa isa pang mahalagang pang-ekonomiya na lugar: para sa mga gawain sa pag-optimize tulad ng mga tagaplano ng ruta na may mataas na katumpakan para sa mga smartphone.

Mga Sanggunian:

“Nonlocal stimulasi ng trimagnetic fission sa isang magnetic vortex” ni L. Kerber, K. Schultheis, T. Hula, R. Verba, J. Fassbender, A. Kakai, at H. Schultheis, Nobyembre 12, 2020, Mga sulat ng pisikal na inspeksyon.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.207203

“Pagkaganyak ng mga pabulong na gallery ng mga magnet sa isang magnetic vortex” ni K. Schultheis, R. Verba, F. Verman, K. Wagner, L. Kerber, T. Hula, T. Hashe, A. Kakaya, AA Avada, V. Tyberkevich , A.N. Slavin, J. Fassbender at H. Schultheis, Marso 5, 2019, Mga sulat ng pisikal na inspeksyon.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.097202

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pagkuha ng Impormasyon sa Kasaysayan ng Neanderthal na Populasyon Gamit ang Sinaunang Nuclear DNA Mula sa Mga Ciment Sediment

Gallery sa lugar ng yungib ng mga estatwa sa hilagang Espanya. Kredito: Javier Trueba - Madrid Scientific Films Ang Mitochondrial DNA ng mga archaic...

Kung Paano Maaaring Lumaki ang Iba Pang Mga Karamdaman na Fungi Sa Maliit na Puwang

Ang isang pangkat na pinangunahan ng Tsukuba University ay natagpuan ang isang makabuluhang pagkakaiba na nagpapaliwanag kung bakit ang ilang mga species ng fungi...

Para sa Mga Tatanggap ng Transplant, Isang Pangatlong Dosis ng Bakuna sa COVID Maaaring Mag-alok ng Mas mahusay na Proteksyon

Ipinakita ng mga mananaliksik sa Johns Hopkins Medicine na tatlong dosis ng bakuna laban sa SARS-CoV-2-ang virus na sanhi ng pagtaas ng antas ng...

Ang mga sigla ng usok na nasa daang siglo na napanatili sa niyebe ay nagbubunyag ng isang maalab na nakaraan – at ang hinaharap...

Inisyu ni Harvard John a. Paulson School of Engineering at Applied Science Hunyo 18, 2021 Ang usok mula sa mga wildfires na gawa ng tao...

Inihanda ng NASA ang “Moonikin” na kumander para sa Artemis 1 lunar na misyon

Sa larawang ito, sinusubukan ng mga inhinyero ang isang pagsubok na panginginig ng boses sa upuan ng Orion at ang Chemini Space Center -...

Newsletter

Subscribe to stay updated.