Молодые ученые лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ работают над созданием нейристора — первого в нашей стране искусственного нейрона, который необходим для разработки компьютера, имитирующего человеческий мозг. Ученые уже могут делать мемристоры, которые играют роль синапсов (передают импульс между нейронами), поэтому, если им удастся сконструировать аналог нервной клетки, это значительно приблизит их к физическому воплощению нейронной сети.
Если соединить мемристоры с нейристором, то можно получить чип, способный просчитывать самые совершенные на данный момент нейросетевые алгоритмы на физическом уровне. По прогнозам экспертов, это откроет множество возможностей, в частности, такие устройства можно будет устанавливать на роботов, дроны и другое оборудование.
«Нужны специальные чипы, которые смогут исполнять все нейросетевые алгоритмы на физическом уровне без необходимости программной обработки. Для этого необходимы специальные элементы — мемристоры, имитирующие работу синапсов, и нейристоры, имитирующие нейроны. Если их соединить так, как это работает в человеческом мозге, то самые новые и совершенные алгоритмы будут более эффективно и быстро исполняться «в железе», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Антон Ханас.
Современные нейросетевые технологии активно развиваются в своей программной части. Однако эти алгоритмы все еще просчитывают на обычных электронных компьютерах. Для этого нужны очень мощные вычислительные машины и огромное количество энергии, поэтому возможности нейросетей нельзя использовать в компактном автономном устройстве. Как только ученым удастся создать нейроморфный компьютер, его можно будет установить на БПЛА, роботов и другое оборудование, поясняют разработчики.
Нейрон в человеческом мозге имеет множество входов, дендритов, и один выход — аксон, через который электрический импульс передается следующему нейрону. Каждая нервная клетка принимает множество импульсов от соседних, и в результате этого внутри нейрона на некоторое время повышается заряд. Как только он превышает какое-то пороговое значение, срабатывает механизм выстреливания и импульс передается дальше.
Чтобы воспроизвести этот процесс искусственно, ученым необходимо три элемента. Во-первых, емкость — аналог мембраны нейрона, где накапливается заряд. Во-вторых, механизм порогового срабатывания при определенном напряжении, и в-третьих, механизм утечки заряда, если этот порог не пройден.
«Конечной целью является разработка масштабируемого компактного нейристора, в котором элементы создаются по тонкопленочной микроэлектронной технологии и соединяются как в интегральной схеме. Но на предварительных этапах для отработки взаимодействия отдельных элементов можно использовать доступные на сегодня обычные конденсаторы — буквально из радиотехнического магазина. В качестве порогового переключателя мы применяем старые советские газоразрядные лампы. Нам интересно реализовать переменную емкость, чтобы можно было имитировать участки мозга, где она различается. Это даст нам разные режимы работы нейронов», — пояснил Антон Ханас.
Научный коллектив уже обладает прототипами порогового переключателя и емкости. Также специалисты МФТИ разрабатывают специальную электронику для работы с нейристорами, чтобы сделать их совместимыми с обычными компьютерами.
