Skyrmionit lukevat käsialaa

Reilu vuosi sitten japanilaisen RIKEN-tutkimuslaitoksen tutkijat osoittivat pystyvänsä manipuloimaan muistitekniikoita ajatellen tutkittuja skyrmioneja huonelämpötilassa.

Nyt he ovat esittäneet, että nämä miniatyyriset magneettiset pyörteet voivat olla hyödyllisiä aivojen inspiroimien vähän energiaa käyttävien laskentajärjestelmien toteuttamisessa.

Mutta keinotekoiset neuroverkot kuluttavat paljon virtaa, kun ne toimivat tavanomaisilla piisiruilla. Joten monet tutkijat kehittävät vaihtoehtoisia alustoja.

Uusi RIKEN tutkijoiden luoma neuromorfinen laite perustuu eräänlaiseen keinotekoiseen hermoverkkoon, joka tunnetaan nimellä säiliölaskentamalli. Yksi tämän mallin ominaisuuksista on sen lyhytaikainen muisti – sen lähtö riippuu sekä menneistä että sen hetkisistä järjestelmän tuloista.

Laitteeseen tulevilla skyrmioneilla eli magneettikuvioilla on sisäänrakennettu muistiefekti, koska niiden rakenne ja käyttäytyminen heijastelevat aikaisempaa altistumista magneettikentille.

Skyrmionit voivat toimia myös alhaisella energialla. "Toinen skyrmionien käytön etu on energiansäästö, koska skyrmioneja voidaan ohjata erittäin pienillä virtatiheyksillä", Tomoyuki Yokouchi sanoo.

Ryhmän kehittämä laite sisältää sarjan tankoja, jotka on peitetty platina-koboltti-iridiumkalvolla, joka voi isännöidä muutaman mikrometrin levyisiä skyrmioneja.

Datan sijoittamiseksi laitteeseen tutkijat koodasivat informaation magneettikenttään, joka skyrmioneihin kohdistettuna synnyttää jännitteen. Tämä lähtöjännite riippuu läsnä olevien skyrmionien lukumäärästä ja koosta.

Tutkijat kouluttivat laitetta käyttämällä yli 13 000 kuvalla käsin kirjoitetuista numeroista 0–9. He muunsivat kuvat magneettisiksi tulosignaaleiksi ja virittivät laitteen siten, että lähtöjännitesignaalit edustivat tarkasti oikeaa numeroa.

Tämän jälkeen tiimi testasi laitetta toisella 5 000 kuvalla ja havaitsi, että se pystyi tunnistamaan numerot noin 95 prosentin tarkkuudella, mikä ylitti kilpailevat neuromorfiset laitteet.

"Työmme osoittaa, että energiaa säästävä neuromorfinen laskenta voidaan toteuttaa skyrmioneilla", iloitsee Yokouchi.

Tutkijatiimi toivoo kehittävänsä samanlaisen laitteen, jossa käytettäisiin sähkövirtaa magneettikentän sijaan, mikä parantaisi suorituskykyä ja vähentäisi energiankulutusta. "Jos onnistumme, voimme ehkä osoittaa monimutkaisempia tehtäviä, kuten puheentunnistusta ja liikkeen seurantaa", Yokouchi sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla

Tallennusta, logiikkaa ja skyrmioneja

Vielä enemmän skyrmioneja