Ура, товарищи! Ученые разработали устройство, способное довести скорость и эффективность работы суперкомпьютеров до уровня мозга кошки. Добиться такого результата позволила разработка модуля, аналогичного синапсам, которые соединяют нейроны нервной системы. Этот модуль совмещает в себе функции логики и памяти.Если когда-нибудь удастся создать компьютерную систему, которая могла бы распознавать изображения, запоминать их, анализировать так, как это делает человеческий мозг, это событие стало бы настоящей революцией в мире машин. Такое устройство могло бы решать очень сложные задачи и выполнять одновременно куда больше операций, чем обычные компьютеры.
Впрочем, всё это больше похоже на фантастику, что толку об этом рассуждать... Но так ли это нереально, как кажется? Ученые университета Мичигана решили смоделировать сложную компьютерную систему, взяв за основу мозг домашней кошки.
Мозг кошки может распознать лицо быстрее и детальнее, чем суперкомпьютер. Работа, посвященная созданию «разумной машины», опубликована в Nano Letters. Автор работы Вэй Лю создал так называемый «мемристор» (от англ. memory – память) – устройство, которое заменяет в компьютере традиционный транзистор и работает как биологические синапсы, сохраняя данные о последних электрических сигналах, прошедших через него.
Кроме того, удалось показать, что такой мемристор может соединять обычные электрические цепи и поддерживать процесс, который является основой памяти и обучения в биологических системах. «Мы создаем наш принципиально новый компьютер тем же путем, которым воспользовалась природа для создания мозга.
Основная «изюминка» работы – полное изменение парадигмы устройства по сравнению с обычными компьютерами. Мозг кошки был выбран потому, что он проще человеческого, поэтому его моделирование является весьма реалистичной целью. В то же время основные закономерности его функционирования сходны с человеческими и устройство его весьма сложно с точки зрения воспроизведения. Мы надеемся воссоздать все способности – как широкий спектр решаемых задач, так и эффективность, высокую скорость протекания процессов», – объяснил Лю.
Современные сложные суперкомьютеры могут выполнять задачи, функционально доступные мозгу кошки. Однако на такое способны лишь гигантские машины, состоящие из более 140 тысяч процессоров. Кроме того, несмотря на такие размеры, это устройство работает в 83 раза медленнее, чем миниатюрное содержимое кошачьей головы.
В обыкновенном компьютере нет аналогов синапсов – бифункциональных единиц, совмещающих функции логики и памяти. Модули, которые выполняют эти функции, расположены в разных частях электрической цепи, и каждая из единиц связана лишь с ограниченным числом единиц-соседей. В результате такие машины выполняют задачу лишь линейно, участок за участком, по очереди. Эта модель прекрасно работала для исполнения относительно простых команд с ограниченным числом переменных, однако сейчас она становится все более и более неэффективным.
Именно поэтому ученые обращаются за новыми идеями к модели, по которой организован мозг живых организмов. Он организован по принципиально иной схеме и способен выполнять множество операций одновременно или параллельно. Именно поэтому мы способны распознавать черты лица мгновенно, обрабатывая сразу много поступающих со зрительного аппарата данных. А громадному суперкомпьютеру для этого требуется на порядок больше времени и, что немаловажно, энергии.
Для того чтобы преодолеть эту трудность, Лю разработал мемристор, особенным образом замыкающий электрические цепи. Эта система способна и «думать» и «запоминать» так, как это происходит в человеческом мозге. Автор назвал процесс «spike timing dependent plasticity» (острая временно-зависимая гибкость). Этот тип гибкости опирается на особенную способность связей между нейронами: они могут становиться сильнее в зависимости от того, сколь длительное время по ним проходил электрический сигнал.
Теперь, используя разработанный метод, необходимо создать большую и эффективную систему. Автор работы предполагает, что такая суперкомпьютерная система может быть совсем компактной – помещаться в двухлитровую емкость. Создать ее планируется в течение нескольких лет.
Электронный аналог мозга кошки сможет осмысленно учиться и запоминать информацию на уровне живой кошки. Например, если стоит задача найти кратчайший путь от входной двери до дивана по дому, полному мебели, и компьютеру задана форма дивана, справиться с задачей может как кошка, так и обычный компьютер. Однако, если диван передвинуть, обычный компьютер уже не сможет адаптироваться. А вот кошка и суперкомпьютер на мемристорах легко доберутся до дивана и в этом случае.
