Группа учёных из Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) разработала новый тип искусственного синапса на основе двумерных (2D) материалов для высокомасштабируемых вычислений, вдохновлённых работой и строением мозга человека. Новые синапсы позволят кратно уменьшить размеры электронной базы и резко снизят энергопотребление искусственного мозга вплоть до помещения ИИ в компактные устройства.
Исследователи из SUTD приблизились к решению проблемы обучающегося мозга. Молодой мозг содержит два типа синапсов — узлов передачи информации от одного нейрона к другому. Синапсы могут быть функциональными и участвовать в передаче нервных импульсов, а могут быть «тихими» или «молчащими» (silent synapses).
В мозге человека активный и тихий синапс различаются наличием рецептора глутамата AMPA-типа. Если он есть, то синапс активен и участвует в построении нейронных связей, а если его нет, то связь в передаче информации не задействована. По сути, это один и тот же синапс, который по мере обучения включается в сеть и даже может снова замолчать. Но с точки зрения электроники схемы активных синапсов и тихих сильно отличаются. Более того, для повторения тихих синапсов приходится создавать схемотехническое решение с изрядной избыточностью, что неприемлемо для масштабирования и с точки зрения энергопотребления.
Учёные из Сингапура нашли такие комбинации 2D-материалов и способы воздействия на них, которые позволяют один и тот же элемент искусственного синапса представить как активным, так и молчащим. Это позволит искусственному интеллекту в искусственном мозге развиваться и выстраивать новые нейронные сети в более компактном объёме электроники без увеличения энергетического бюджета.
Доклад об исследовании опубликован в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. В искусственные тихие синапсы учёные для активации информационных переходов вводили в двумерные материалы на основе селенида индия анионы серы (отрицательно заряженные атомы серы). В селениде индия анионы серы оказались способны мигрировать под действием электрического поля, чем проявили функциональную синаптическую пластичность при комнатной температуре (изменчивость). Иначе говоря, процессом превращения одного типа синапсов в другой можно легко управлять, что может стать одним из путей к созданию компактного искусственного мозга.
