Puolijohdeneuroni muistaa ja reagoi aivojen tavoin23.10.2025
Olemassa olevat tekoälypuolijohteet ovat kuitenkin kamppailleet aivojen tämän joustavuuden jäljittelemiseksi. KAIST-tutkimusryhmä on nyt kehittänyt seuraavan sukupolven, erittäin pienitehoista puolijohdeteknologiaa, joka toteuttaa myös tämän kyvyn, herättäen merkittävää huomiota. KAISTin materiaalitieteen ja -tekniikan laitoksen professori Kyung Min Kimin johtama tutkimusryhmä kehitti "taajuuskytkentäneuristorin", joka jäljittelee "luontaista plastisuutta" eli ominaisuutta, jonka avulla neuronit muistavat aiemman toiminnan ja säätävät itsenäisesti vasteominaisuuksiaan. ”Luontainen plastisuus” viittaa aivojen sopeutumiskykyyn – esimerkiksi siihen, että ne säikähtävät vähemmän kuullessaan saman äänen toistuvasti tai reagoivat nopeammin tiettyyn ärsykkeeseen toistuvan harjoittelun jälkeen. ”Taajuuskytkentäneuristori” on keinotekoinen neuropiiri, joka säätää signaaliensa taajuutta automaattisesti, aivan kuten aivot säikähtävät vähemmän toistuvista ärsykkeistä tai päinvastoin, herkistyvät harjoittelun avulla. Tutkimusryhmä yhdisti "haihtuvan Mott-memristorin", joka reagoi hetkellisesti ennen paluutaan alkuperäiseen tilaansa, "haihtumattomaan memristoriin", joka muistaa tulosignaalit pitkiä aikoja. Tämä mahdollisti rakenteen toteuttamisen, joka voi vapaasti hallita neuronin laukaisutaajuutta (sen piikkien taajuutta). Kehitetyssä piirirakenteessa neurosolujen piikkisignaalit ja memristorin resistanssin muutokset vaikuttavat toisiinsa ja säätävät vasteita automaattisesti. Tämän teknologian tehokkuuden varmistamiseksi tutkijat suorittivat simulaatioita "harvalla neuroverkolla". Havaittiin, että neuronin sisäänrakennetun muistitoiminnon ansiosta järjestelmä saavutti saman suorituskyvyn 27,7 % pienemmällä energiankulutuksella verrattuna perinteisiin neuroverkkoihin. Ne osoittivat myös erinomaista joustavuutta: vaikka jotkin neuronit vaurioituivat, luontainen plastisuus mahdollisti verkon uudelleenjärjestäytymisen ja suorituskyvyn palautumisen. Toisin sanoen tätä teknologiaa käyttävä tekoäly kuluttaa vähemmän sähköä säilyttäen samalla suorituskyvyn, ja se voi kompensoida osittaisia piirivikoja normaalin toiminnan palauttamiseksi. Tutkimusta johtanut professori Kyung Min Kim totesi: ”Tämä teknologia, jonka avulla laitteet muistavat oman tilansa ja sopeutuvat tai toipuvat jopa vaurioista, voi toimia keskeisenä komponenttina pitkäaikaista vakautta vaativissa järjestelmissä, kuten reunalaskennassa ja autonomisessa ajamisessa.” Aiheesta aiemmin: Keinotekoiset neuronit ja elävät solut Aksonia jäljittelevät materiaalit tietojenkäsittelyyn Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Ihmisaivot eivät ainoastaan säätele signaaleja vaihtavia synapseja, vaan yksittäiset neuronit käsittelevät informaatiota myös "luontaisen plastisuuden" kautta, joka on sopeutumiskykyä muuttua herkemmäksi tai vähemmän herkäksi kontekstista riippuen.