Para ilmuwan membuat jaringan saraf prototipe berdasarkan memristors

Anonim

Ilmuwan Lobachevsky University di bawah pengawasan Alexey Mikhailov, kepala Laboratorium Fisika dan Teknologi Film PTRI UNN, bekerja untuk mengembangkan antarmuka saraf adaptif yang menggabungkan budaya hidup dan jaringan saraf berdasarkan memristor. Proyek ini adalah salah satu jika upaya pertama untuk menggabungkan budaya biologis yang hidup dengan jaringan saraf bio-seperti berdasarkan memristors. Sistem multi-elektroda akan merekam dan menstimulasi aktivitas bioelektrik dari budaya neuron yang melakukan fungsi menganalisis dan mengklasifikasikan dinamika jaringan sel-sel hidup.

"Karena lokalitas efek memristif (fenomena seperti itu terjadi pada skala nano) dan penggunaan teknologi mikroelektronik standar modern, akan mungkin untuk mendapatkan sejumlah besar neuron dan sinapsis pada satu chip. Ini adalah prospek kami untuk masa depan Kita dapat berpotensi menumbuhkan otak manusia pada sebuah chip Saat ini, kita sedang melakukan sesuatu pada skala yang lebih sederhana: Kami mencoba menciptakan sirkuit elektronik hibrida di mana beberapa fungsi diimplementasikan berdasarkan elektronik tradisional (transistor), dan beberapa fungsi-fungsi baru yang sulit diterapkan dalam perangkat keras diwujudkan dengan memristor, "kata Alexey Mikhailov.

Saat ini, para peneliti sedang mengeksplorasi kemungkinan membangun umpan balik di mana sinyal output dari jaringan memristor akan digunakan untuk merangsang jaringan biologis. Itu berarti bahwa untuk pertama kalinya, proses pembelajaran akan direalisasikan untuk kultur sel hidup. Budaya hidup yang digunakan oleh para ilmuwan adalah budaya sel otak yang tumbuh secara artifisial. Pada prinsipnya, bagaimanapun, peneliti juga dapat menggunakan sepotong jaringan hidup.

Tujuan dari proyek ini adalah untuk membuat perangkat elektronik ringkas berdasarkan memristor yang mereproduksi properti plastisitas sinaptik dan berfungsi sebagai bagian dari jaringan saraf seperti bio dalam hubungannya dengan budaya biologis yang hidup.

Penggunaan jaringan saraf hibrida berdasarkan memristor membuka prospek luar biasa. Pertama, dengan bantuan memristor, akan dimungkinkan untuk menerapkan kekuatan komputasi superkomputer modern pada satu chip. Juga dimungkinkan untuk membuat robot yang mengelola budaya neuronal yang tumbuh secara artifisial. Sistem elektronik "seperti otak" semacam itu dapat digunakan untuk menggantikan bagian-bagian sistem saraf yang hidup jika terjadi kerusakan atau penyakit.

Tugas proyek menciptakan model elektronik jaringan saraf tiruan (JST), serta integrasi arsitektur memristik ke dalam sistem untuk merekam dan memproses aktivitas struktur jaringan saraf biologis yang hidup sepenuhnya sejalan dengan tren dan prioritas dunia saat ini. pengembangan sistem neuromorfik.

Keseimbangan dalam kombinasi pendekatan adalah kunci keberhasilan pembangunan dan keberlanjutan proyek. Yang pertama (dan utama) dari pendekatan ini adalah untuk mendemonstrasikan potensi dari "tradisional" JST dalam bentuk perceptron dua lapis berdasarkan elemen memvisual yang dapat diprogram. Keuntungan utama dari jaringan saraf tiruan mencakup struktur multilayernya, dan karenanya kemampuan untuk memecahkan masalah klasifikasi nonlinear (berdasarkan bentuk sinyal input), yang sangat penting ketika berhadapan dengan aktivitas bioelectric yang kompleks. Perangkat keras mengimplementasikan semua elemen jaringan buatan pada satu papan, termasuk chip sinaptik memristik, kontrol elektronik dan sirkuit neuron. Di masa depan, pengaturan ini akan memungkinkan para peneliti untuk mengimplementasikan antarmuka saraf adaptif dalam bentuk perangkat otonom kompak.

Pendekatan kedua yang peneliti lakukan secara paralel adalah untuk menemukan beberapa solusi alternatif untuk menciptakan arsitektur jaringan saraf non-tradisional di mana sifat stokastik dan dinamika hidup dari perangkat memristik memainkan peran kunci. Fitur-fitur memristor memungkinkan untuk menggunakannya untuk pemrosesan langsung dan analisis aktivitas sel saraf, serta untuk mengembangkan model fisik yang masuk akal dari jaringan saraf spiking dengan pengaturan sendiri koneksi memristi antar neuron. Hasil ini memberikan kontribusi penting untuk pencapaian tujuan proyek dan meletakkan dasar untuk transisi ke tingkat yang secara kualitatif baru di bidang sistem memrisif bio-seperti.

menu
menu