摘要：研究人員演示了如何使用憶阻器來構(gòu)建模仿人類大腦的人工智能供電系統(tǒng)。

      由南安普敦大學(xué)牽頭的新研究，表明納米器件，又稱為憶阻器，可以用來為人工智能系統(tǒng)供電，并可以模仿人類的大腦。

      人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）具有學(xué)習(xí)能力，解決傳統(tǒng)算法難以完成的任務(wù)，如模式識(shí)別、在線學(xué)習(xí)與分類。現(xiàn)有的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目前缺乏有效的硬件“突觸”；“突觸”是一個(gè)關(guān)鍵組件，每一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都需要大量“突觸”。

      在這項(xiàng)發(fā)表在《Nature Communications》的研究中，南安普頓研究小組的實(shí)驗(yàn)證明，一個(gè)使用憶阻器作為突觸的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠用復(fù)雜的學(xué)習(xí)規(guī)則來對(duì)有噪聲的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)去噪。

      記憶電阻器是一種電子元件，它能夠限制或調(diào)節(jié)電路中電流的流動(dòng)，并且能記憶流經(jīng)它的電荷量大小。即使斷電了這種元件也能保存數(shù)據(jù)。

      來自南安普敦大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的論文第一作者Alex Serb博士說：“如果我們想建立一個(gè)能模仿大腦功能的人工智能系統(tǒng)，我們需要使用數(shù)百億，甚至上萬億的人工突觸，它們必須能夠?qū)崿F(xiàn)不同復(fù)雜程度的學(xué)習(xí)規(guī)則。雖然目前可用的電子元件可以拼湊在一起創(chuàng)造出這樣的突觸，但是所需的電源功率和元件面積將達(dá)到難以實(shí)現(xiàn)的程度。如果沒有新的突觸元件，這樣的系統(tǒng)將無法創(chuàng)造出來。

      “憶阻器提供一個(gè)可能的途徑，它在極小的體積內(nèi)提供了很多突觸進(jìn)行學(xué)習(xí)所需的基本功能（存儲(chǔ)、在線學(xué)習(xí)、強(qiáng)大的計(jì)算學(xué)習(xí)能力，二端結(jié)構(gòu)），而且只需要極低的能量來驅(qū)動(dòng)。如果人工大腦要成功實(shí)現(xiàn)，那么記憶性突觸必須要研發(fā)成功”。

      就像大腦中的突觸一樣，金屬氧化物制造的憶阻器陣列能夠在無人監(jiān)督的情況下持續(xù)學(xué)習(xí)輸入的模式，其原理類似于winner-take-all（WTA）概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這在低功耗嵌入式的處理器（物聯(lián)網(wǎng)）中非常實(shí)用，它們將可以在沒有任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)處理。

      在開放空間中的物體以相同的方式排列在通道里。然而，志愿者不得不沿著通道走，才能看到所有的物體。來源：南安普頓大學(xué)。

      論文另一位作者Themis Prodromakis博士是在Nanoelectronics的讀者，也是南安普敦大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)的協(xié)會(huì)會(huì)員。他說：“任何一種新技術(shù)的發(fā)展通常因?yàn)槿狈?shí)用性展示而受到阻礙。我們的工作確立了一種技術(shù)規(guī)范的發(fā)展方向，它證明納米憶阻器實(shí)際上可以用來構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；這是現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

      “我們已經(jīng)證明，這樣的硬件平臺(tái)可以獨(dú)立自主地適應(yīng)它的環(huán)境，無需任何人為干預(yù)，并且非常魯棒，即使是對(duì)有噪聲數(shù)據(jù)也可以實(shí)時(shí)可靠地處理。這種新型的硬件可以廣泛地應(yīng)用于各種場景，包括普適傳感技術(shù)，和惡劣環(huán)境中的實(shí)時(shí)監(jiān)測等；它非常有希望成為物聯(lián)網(wǎng)看遍世界的組件。”

      關(guān)于這篇計(jì)算神經(jīng)科學(xué)文章

      它匯聚了來自南安普頓大學(xué)的納電子學(xué)和納米技術(shù)組的工程師，和格拉茨科技大學(xué)的理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家的智慧，并使用了南安普頓納米制造中心的先進(jìn)設(shè)施。

       南安普敦大學(xué)的Prodromakis小組是這一領(lǐng)域公認(rèn)的世界領(lǐng)先的小組，他們與Leon Chua（南安普敦大學(xué)的訪問學(xué)者）有合作，Leon在1971年從理論上預(yù)言了憶阻器的存在。