Ученые университета ИТМО установили способность гибридных кристаллов имитировать работу нейронов головного мозга под воздействием лазера. Открытие позволит эффективнее и быстрее обучать искусственные нейросети, сообщили в пресс-службе вуза.

«Если светить лазером на кристалл с паузой в одну секунду, то интенсивность его реакции на свет постепенно снижается. Если увеличить эти паузы до двух секунд — растет. Такое поведение кристаллов идентично реакциям нейронных клеток на нейромедиаторы (биологически активные вещества-возбудители, которые играют важнейшую роль в передаче информации от одного нейрона к другому). Яркий пример — воздействие на наш мозг серотонина, или „гормона радости“. Чем чаще мы едим шоколад, тем меньше получаем удовольствия от него, чем реже, тем ярче эмоции. Эта зависимость мощности реакции кристаллов от частоты излучения позволяет использовать их для нейроморфных вычислений, то есть таких логических операций, которые идентичны операциям, производимым в головном мозге», привели в пресс-службе слова одного из авторов исследования, младшего научного сотрудника физического факультета ИТМО Семена Бачинина.

По данным пресс-службы, в своей работе ученые ИТМО использовали кристаллы на основе меди и тримезиновой кислоты, которая выступила в качестве органического компонента. Составляющие таких материалов легко поддаются органическому распаду, поэтому они безвредны для окружающей среды. Еще одно преимущество — низкая цена производства. В отличие от редкого и трудно добываемого кремния, на основе которого сейчас работает вся электроника, такие кристаллы можно «смешать» в пробирке и уже через час получить результат. С помощью таких кристаллов под воздействием лазера и электрических импульсов можно оперативно и энергоэффективно кодировать, передавать и хранить информацию.

Отмечается, что при этом все вычислительные операции происходят внутри одного кристалла, а не на разных элементах, как это происходит в классических электронных устройствах. Поэтому времени и энергии на выполнении всех действий нужно меньше.

Во время экспериментов ученые ИТМО сравнили скорость и количество циклов обучения классической нейросети распознавать рукописный текст и нейросети на разработанных кристаллах. В результате нейросеть на базе новой разработки смогла научиться распознавать текст со стопроцентной точностью быстрее и эффективнее и выполнить более 50 циклов распознавания текста.

Ограничения скорости решения задач

Уточняется, что сегодня алгоритмы искусственного интеллекта работают на базе классических электронных устройств. Мощность этих платформ уже сравнима с мощностью головного мозга человека, но принцип работы не позволяет полностью раскрыть потенциал нейросетей. Так, существует ограничение скорости решения задач, а двоичная вычислительная логика кардинально отличается от алгоритмов работы биологических нейронных сетей.

Исследование проводилось в рамках программы «Приоритет 2030».