Ensimmäinen neurotransistori

Neurotransistorit: piisiruilta neuromorfiseen arkkitehtuuriin.

Varsinkin tekoälyn alan toiminta, kuten robottien opettaminen kävelemään tai tarkka automaattinen kuvan tunnistaminen, vaatii entistä tehokkaampaa, mutta samalla taloudellisempaa tietotekniikkaa.

Yksi lähestymistapa perustuu aivomaiseen eli neuromorfiseen tekniikkaan, jossa tietojenkäsittely yhdistyy datan prosessointiin ja tallennukseen keinotekoisessa neuronissa.

TU Dresdenin ja Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfin (HZDR) tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa onnistuneesti jäljitelleet aivojen neuronien toimintaa puolijohdemateriaaleilla.

Fyysikko Larysa Baraban HZDR:ssä on yksi kolmesta kansainvälisen tutkimuksen päätekijästä, johon osallistui yhteensä kuusi instituuttia.

”Ryhmällämme on laaja kokemus biologisista ja kemiallisista elektronisista antureista”, Baraban kertoo. "Joten simuloimme neuronien ominaisuuksia käyttämällä biosensorien periaatteita ja modifioimme klassista kenttävaikutustransistoria keinotekoisen neurotransistorin luomiseksi."

Tällaisen arkkitehtuurin etuna on informaation samanaikainen tallennus ja prosessointi yhdessä komponentissa.

Neurotransistori on valmistettu piinanolankaisesta transistorista, joka on päällystetty ionilla seostetulla sol-gel silikaattikalvolla, joka voi jäljitellä hermosolujen luontaista plastisuutta.

Huokoisessa keramiikassa ionit liikkuvat aukkojen välillä mutta koska ne ovat elektronia raskaampia ja hitaampia liikkumaan, niin syntyvä hystereesi aiheuttaa tallennusvaikutuksen. Eli lähtövastetta säätelee tulosignaalihistoria, joka tallentuu ionisina tiloina silikaattikalvoon ja tarjoaa siten neurotransistorille oppimismahdollisuudet.

Neurotransistorit toimivat laskennallisina solmuina monimutkaisessa hermoverkossa ja yhdistettäessä sitä memristoripiireihin synaptisina reunoina, ja näin täysin aivojen inspiroima laitteistopohjainen neuroverkon realisoituminen tulee mahdolliseksi.

Neuromorfiset tietokoneet olisivat vähemmän tarkkoja ja niillä olisi taipumus estimoida matemaattiset laskelmat eikä niinkään laskea niitä viimeiseen desimaaliin", selittävät tutkijat.

”Mutta ne olisivat älykkäämpiä. Esimerkiksi robotti, jolla on sellaiset prosessorit, oppisi kävelemään tai tarttumaan; sillä olisi optinen järjestelmä ja se oppisi tunnistamaan asiayhteydet. Ja tämä kaikki tarvitsematta kehittää mitään ohjelmistoa.”

Mutta nämä eivät ole ainoita neuromorfisten tietokoneiden etuja. Ihmisen aivojen kaltaisen plastisuuden ansiosta ne voivat mukautua muuttuviin tehtäviin toiminnan aikana ja siten ratkaista ongelmia, joita varten niitä ei alun perin ohjelmoitu.

Aiheesta aiemmin Aivomaista tietotekniikkaa