Новое исследование показало, что материал может имитировать самые важные интеллектуальные особенности морского слизняка. Это открытие является шагом к созданию оборудования, которое может помочь сделать ИИ более эффективным и надежным для различных технологий, от беспилотных автомобилей и хирургических роботов до алгоритмов социальных сетей.
Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено группой исследователей из Университета Пердью, Университета Рутгерса, Университета Джорджии и Аргоннской национальной лаборатории.
«Изучая морских слизней, нейробиологи обнаружили признаки интеллекта, которые имеют основополагающее значение для выживания любого организма», – сказал Шрирам Раманатан, профессор материаловедения Purdue. "Мы хотим использовать этот зрелый интеллект животных, чтобы ускорить развитие ИИ."
Два основных признака интеллекта, которые нейробиологи извлекли из морских слизней, – это привыкание и сенсибилизация. Привыкание – это привыкание к стимулу с течением времени, например, отключение шума при ежедневной езде по одному и тому же маршруту на работу. Сенсибилизация противоположна – это сильная реакция на новый стимул, например, отказ от плохой еды из ресторана.
ИИ действительно тяжело учится и хранит новую информацию, не перезаписывая информацию, которую он уже изучил и сохранил, – проблему, которую исследователи, изучающие вычисления на основе мозга, называют "дилеммой стабильности-пластичности".«Привыкание позволит ИИ« забывать »ненужную информацию (достигая большей стабильности), в то время как сенсибилизация может помочь в сохранении новой и важной информации (обеспечивая пластичность).
В этом исследовании исследователи нашли способ продемонстрировать как привыкание, так и сенсибилизацию в оксиде никеля, квантовом материале. Материал называется «квантовым», потому что его свойства не могут быть объяснены классической физикой.
Если бы квантовый материал мог надежно имитировать эти формы обучения, тогда можно было бы встроить ИИ непосредственно в оборудование. И если бы ИИ мог работать как с помощью оборудования, так и программного обеспечения, он мог бы выполнять более сложные задачи, используя меньше энергии.
«Мы в основном имитировали эксперименты, проведенные с морскими слизнями в квантовых материалах, чтобы понять, как эти материалы могут представлять интерес для ИИ», – сказал Раманатан.
Исследования в области неврологии показали, что морской слизняк демонстрирует привыкание, когда он перестает отводить жабры в ответ на постукивание по сифону. Но удар электрическим током по его хвосту заставляет его жабры втягиваться гораздо сильнее, показывая сенсибилизацию.
Для оксида никеля эквивалентом «удаления жабр» является повышенное изменение электрического сопротивления.
Исследователи обнаружили, что многократное воздействие на материал газообразного водорода приводит к снижению электрического сопротивления оксида никеля со временем, но введение нового стимула, такого как озон, значительно увеличивает изменение электрического сопротивления.
Вдохновленная этими выводами, исследовательская группа под руководством Кошика Роя, Эдвард Джи из Purdue. Тидеманн-младший. Заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники смоделировал поведение оксида никеля и построил алгоритм, который успешно использовал эти стратегии привыкания и сенсибилизации для классификации точек данных в кластеры.
«Дилемма стабильности-пластичности вообще не решена. Но мы показали способ решения этой проблемы на основе поведения, которое мы наблюдали в квантовом материале, – сказал Рой. «Если бы в будущем мы могли превратить такой обучающий материал в оборудование, то ИИ мог бы выполнять задачи намного эффективнее."
Для практического использования квантовых материалов в качестве оборудования искусственного интеллекта исследователям необходимо выяснить, как применить привыкание и сенсибилизацию в крупномасштабных системах. Они также должны будут определить, как материал может реагировать на стимулы, будучи интегрированным в компьютерный чип.
По словам исследователей, это исследование является отправной точкой для следующих шагов. В дополнение к экспериментам, проведенным в Purdue, команда из Университета Рутгерса выполнила подробные теоретические расчеты, чтобы понять, что происходит в оксиде никеля на микроскопическом уровне, чтобы имитировать интеллектуальные особенности морского слизня.
Аргоннская национальная лаборатория охарактеризовала свойства образца оксида никеля, а Университет Джорджии измерил проводимость для дальнейшего анализа поведения материала.