Logo

Искусственные нейроны

Искусственные нейроны – это структурные единицы, из которых состоят нейронные сети [1]. И прин­цип их работы схож с принципом фун­к­ци­о­ни­ро­ва­ния нейронов в че­ло­ве­чес­ком мозгу. Поэтому они так и на­зы­ва­ют­ся! Они способны пе­ре­да­вать и получать друг от друга сигналы. Только в данном случае – это элек­трон­ный сигнал [2]. Что, к со­жа­ле­нию, является проблемой! Обус­лов­лен­ной высокими энер­го­зат­ра­та­ми во время пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции [3]. Но по­с­коль­ку ис­кус­ст­вен­ные нейроны являются единст­вен­ной из­вест­ной тех­но­ло­гией ис­кус­ст­вен­но­го ин­тел­лек­та [4], от­ка­зы­вать­ся от неё нельзя. Вот почему проблему высоких энер­го­зат­рат пытаются решать! И надо сказать, не без­ре­зуль­тат­но [5].

НЕЙРОННАЯ СЕТЬ

Тут важно заметить, что современные нейронные сети и искусственный интеллект ка­чест­вен­но раз­ли­ча­ют­ся. Точно так же, как раз­ли­ча­ют­ся рогатка и АК-47. Принцип работы, в общем-то, оди­на­ко­вый. Но есть нюансы! Именно поэтому ис­кус­ст­вен­ные нейроны в сов­ре­мен­ных нейронных сетях являются просто струк­тур­ным эле­мен­том ком­пью­тер­но­го кода [6]. Его ар­хи­тек­ту­ра упрощённо пред­с­тав­ле­на входными, про­ме­жу­точ­ны­ми и выходными нейронами, между ко­то­ры­ми пе­ре­да­ют­ся сигналы с прис­во­ен­ным им весом [7]. Например, как рас­поз­на­ют­ся цвета? Нейроны передают сигналы с разным весом красного, зелёного и синего цвета, из которых на выходе, в за­ви­си­мос­ти от веса каждого сигнала, со­би­ра­ет­ся оп­ре­де­лён­ный цвет [8].

Нейронные сети способны обучаться. Их можно делать с разной ар­хи­тек­ту­рой и раз­ви­вать их точность [9]. В общем, это со­вер­шен­но за­ме­ча­тель­ная тех­но­ло­гия. Она перс­пек­тив­на. Она раз­ви­ва­ет­ся. Поз­во­ля­ет решить массу задач и, по всей видимости, в бли­жай­шем будущем мы увидим её всё более и более широкое применение. Но если вы хотите создать ис­кус­ст­вен­ный ин­тел­лект, вам нужно не только прог­рам­мное обес­пе­че­ние [10]. Вам нужно «же­ле­зо»! Потому что без фи­зи­чес­кой ис­кус­ст­вен­ной ней­рон­ной сети не­воз­мож­но решить проблему высоких энер­го­зат­рат [10], [11]. Вот давайте и посмотрим, как эту проб­ле­му пытается решить сов­ре­мен­ная наука!

Искусственные нейроны

Современные искусственные нейроны называются мемристорами. Их делают из ком­пле­мен­тар­ных ме­тал­ло­ок­сид­ных-по­лу­про­вод­ни­ков (КМОП). По сути, они пред­с­тав­ля­ют собой ячейки памяти, способные изменять своё элек­т­ри­чес­кое соп­ро­тив­ле­ние под воз­дей­ст­ви­ем силы тока. Но их ис­поль­зо­ва­ние связано с боль­ши­ми затратами энер­гии. Вот почему учёные активно пытаются их чем-то заменить или до­ра­бо­тать. И 21 февраля 2018 года в Nature появилась статья с пред­ло­же­ни­ем по решению данной проблемы [10]. В ней было пред­ло­же­но ус­тройст­во под наз­ва­ни­ем мем­тран­зис­тор – смесь мем­рис­то­ра и тран­зис­то­ра. Делают его из од­но­слой­но­го по­лу­про­вод­ни­ко­во­го ди­суль­фи­да мо­либ­де­на (MoS2).

ИСКУССТВЕННЫЕ НЕЙРОНЫ

Мемтранзистор решает главную проблему мемристора. Он позволяет соединять каждый элемент системы со мно­жест­вом других эле­мен­тов. Точно так же, как со­е­ди­ня­ют­ся нейроны в мозгу. То есть данное ус­трой­ст­во ими­ти­ру­ет не только нейроны, но и поз­во­ля­ет ими­ти­ро­вать синапсы. А синапсы и являются эле­мен­том связи между ней­ро­на­ми, обес­пе­чи­ва­ю­щим нор­маль­ную скорость про­хож­де­ния сигналов между ними [12]. И именно эко­но­мия времени на про­хож­де­нии сигналов между ис­кус­ст­вен­ны­ми ней­ро­на­ми может решить проблему вы­со­ких энер­го­зат­рат. А решает её ма­те­ри­ал, из которого делают мем­тран­зис­то­ры. Он од­но­слой­ный, поэтому его ис­поль­зо­ва­ние поз­во­ля­ет свободно под­со­е­ди­нять эле­мен­ты между собой [10].

Искусственные синапсы

Итак, создание настоящего искусственного интеллекта зак­лю­ча­ет­ся в фи­зи­чес­кой, а не прог­рам­мной имитации нервной системы [11]. Просто потому, что только фи­зи­чес­кая ими­та­ция может позволить системе функ­ци­о­ни­ро­вать с при­ем­ле­мы­ми зат­ра­та­ми энергии. Пос­коль­ку ней­рон­ные сети, ра­бо­та­ю­щие на обычных ком­пь­ю­те­рах, ещё более энер­го­зат­рат­ные, чем уже су­щест­ву­ю­щие фи­зи­чес­кие имитации. Хотя прин­цип работы у них кон­цеп­ту­аль­но иден­ти­чен. Их обу­ча­ют! А пос­коль­ку скорость обу­че­ния зависит от объёма об­ра­ба­ты­ва­е­мой ин­фор­ма­ции, су­щест­ву­ет не­об­хо­ди­мость в боль­шом ко­ли­чест­ве синапсов. И «их есть у меня»!

ИСКУССТВЕННЫЕ СИНАПСЫ

Производят искусственные синапсы из халь­ко­ге­нид­но­го стекла, спо­соб­но­го крис­тал­ли­зи­ро­вать­ся под воз­дей­с­т­ви­ем тепла. Ну и вот пос­редст­вом кри­с­тал­ли­за­ции и осу­щест­в­ля­ет­ся обучение фи­зи­чес­кой нейронной сети. Но проблема в том, что при об­ра­бот­ке большого массива ин­фор­ма­ции могут воз­ни­кать ошибки, тре­бу­ю­щие пе­ре­заг­руз­ки системы. В ре­зуль­та­те чего их обучать сложнее, чем прог­рам­мные нейронные сети. Но эту проб­лему удалось решить бла­го­да­ря внед­ре­нию двух типов синапсов: крат­ко­сроч­ной и дол­го­сроч­ной памяти. Таким образом, обу­че­ние нейронная сеть проходит с помощью ис­кус­ст­вен­ных си­нап­сов крат­ко­сроч­ной памяти, а ре­зуль­тат обучения затем за­пи­сы­ва­ет­ся с помощью си­нап­сов дол­го­сроч­ной памяти [11].

Заключение

  1. Искусственные нейроны являются ячей­ка­ми памяти ней­рон­ных се­тей. И в за­ви­си­мос­ти от ти­па ней­рон­ной се­ти они мо­гут быть прог­рам­мны­ми или фи­зи­чес­ки­ми.
  2. Современные нейронные сети яв­ля­ют­ся прог­рам­мной си­му­ля­цией био­ло­ги­чес­кой це­реб­раль­ной сис­те­мы, но для соз­да­ния нас­то­я­ще­го ис­кус­ст­вен­но­го ин­тел­лек­та нуж­ны фи­зи­чес­кие ис­кус­ст­вен­ные ней­рон­ные се­ти. И их уже раз­ра­ба­ты­ва­ют!

P.S. Бла­го­да­рим за вни­ма­ние! На­де­ем­ся, что ста­тья бы­ла ин­те­рес­на и поз­на­ва­тель­на. Ес­ли у вас ос­та­лись ка­кие-ли­бо воп­ро­сы, есть за­ме­ча­ния или вы хо­ти­те выс­ка­зать сло­ва бла­го­дар­нос­ти, то для все­го это­го мож­но вос­поль­зо­вать­ся фор­мой ком­мен­та­ри­ев ни­же. Оце­ни­вай­те ста­тью, де­ли­тесь ею с друзь­я­ми в со­ци­аль­ных се­тях, до­бав­ляй­те сайт в из­бран­ное и бо­ри­тесь с мра­ко­бе­си­ем во всех его про­яв­ле­ни­ях, аминь!

Источники

[1] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5818638/

[2] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5075856/

[3] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4928881/

[4] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4295533/

[5] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5786439/

[6] sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0731708599002721

[7] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5664380/

[8] sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271618300352

[9] sciencedirect.com/science/article/pii/S2214317317302159

[10] nature.com/articles/d41586-018-02025-x

[11] nature.com/articles/d41586-018-05297-5

[12] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3243741/

[свернуть]
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

avatar
  Подпишись!  
Уведомлять
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить