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新的“人工突触”可以让超级计算机模仿人类的大脑

发布时间:2019-05-31 05:46 来源:未知 编辑:admin

  现在,研究人员发明了一种微型电子设备,可以模拟人脑中神经元之间的连接,这比以往任何一种设备都要好,因此,像人类一样具有类似人类能力的脑型机器可以成为现实。

  这项新研究可能会衍生出更好的机器人、自动驾驶汽车、数据挖掘、医疗诊断、股票交易分析和“未来的其他智能人机交互系统和机器”,韩国浦项科技大学的材料科学家、该研究的资深作者李泰宇说。

  人类大脑巨大的计算能力来自于它的连接。先前的研究表明,大脑大约有一千亿个神经元,大约一千万亿的连接将这些细胞连接在一起。在每一个连接或突触上,一个神经元通常每秒发出大约10次信号。

  原则上来说,人类的大脑每秒能执行大约一千万亿次运算。相比之下,世界上最快的超级计算机(中国的天河2号)每秒可以进行大约55千万亿次计算。然而,先前的研究表明,人脑只消耗大约20瓦的电力,而这仅够运行一个昏暗的灯泡,而天河2则消耗约17.8兆瓦的电力,这足以运行约90万个这样的灯泡。

  科学家们希望制造出能够模仿人类大脑的能力和效率的计算机。李安认为:“人工神经突触的发展与生物学上的类似行为将是关键的一步。”

  到目前为止,人工突触比生物突触消耗更多的能量。先前的研究表明,每当一个神经元发出信号时,生物突触就消耗大约10飞焦耳。现在,Lee和他的同事们已经创造了人工突触,每个突触只需要大约1.23飞焦耳,这使它们成为迄今为止开发的能量最低的人工突触,他们说。(相比之下,一个约3.3英尺(1米)高的小苹果坠落到地球上会产生大约1千万亿飞焦耳的动能。)

  这项研究表明,“人工大脑的能量消耗和记忆密度最终将媲美甚至超过生物大脑”李说。

  这些新的人工突触是一种晶体管或电子开关。通过开关,他们可以模拟突触的放电。

  研究人员在一块4英寸(10厘米)的晶圆上制造了144个突触晶体管。这些设备的核心是200到300纳米(十亿分之一米)宽的电线。(相比之下,人类头发的平均宽度约为10万纳米。)研究人员说,这些设备的小功能有助于降低能耗。

  这种新装置是用一种有机材料包裹着另一种材料制成的。研究人员解释说,这些材料可以帮助人工神经突触捕捉或释放带电离子,模拟生物突触的工作原理,以及电动开关是如何打开或关闭的。

  人工神经突触模拟了真实的人类神经纤维的长形和弹性结构。李说,原则上,研究人员还可以将这些设备排列成3D网格,有点像人类的大脑。然而,他补充说,3D打印技术的进步需要人工神经突触的3D网格。

  李说,研究人员正在研究开发只有几十纳米宽的有机纳米线。他们还认为,通过对所使用的材料的选择和结构进行修补,他们可以进一步降低突触晶体管的能量消耗,他补充说。

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