Группа отечественных физиков совместно с сотрудниками ННГУ им. Н.И. Лобачевского изобрели маленькую электронную плату, при помощи которой можно имитировать реакции человеческого мозга на разного рода раздражители. Такие схемы создаются на основе мемристоров. Подробнее про открытие мы поговорили с Сергеем Стасенко - старшим научным сотрудником лаборатории перспективных методов анализа многомерных данных ИТММ ННГУ им. Н.И. Лобачевского и Алексеем Михайловым - директором Научно-образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур» ННГУ.
Мемристоры являются основой будущих нейроморфных вычислительных систем, которые придут на смену существующей фон-неймановской архитектуре, использующейся в современных персональных компьютерах и вычислительных устройствах. Такие системы позволят более эффективно (энергетически и вычислительно) реализовать многие прикладные задачи (управления, распознавания и т.д.), которые сейчас решаются с использованием традиционной микроэлектроники и искусственных нейронных сетей.
«Можно такой мемристор сделать, который будет себя вести как элемент настоящей нейронной сети (нейрон или синапс) за счет богатой нелинейной динамики его отклика на электрические сигналы», - Алексей Михайлов - директор Научно-образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур» ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
Сейчас разработки находятся на стадии прикладных научных исследований. Текущие схемы - это макеты того, как нейроморфные вычислительные системы будут выглядеть в будущем. Вскоре, после оптимизации производственного процесса, такие мемристоры можно будет изготавливать в интегральном исполнении и использовать в нейромедицине, нейрореабилитации, нейромоделировании и в сфере искусственного интеллекта.
«В нашу лабораторию приходят пластины с приборным слоем, содержащим управляющие схемы. Завод работает только с большими пластинами. Поэтому мы их режем и доделываем верхние слои мемристоров в лаборатории. В итоге формируются новые ячейки за счет интеграции мемристоров с транзисторами в составе мемристорных микросхем», - Алексей Михайлов - директор Научно-образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур» ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
Вставлять такие мемристорные чипы можно будет в роботов, в гаджеты и даже в устройства для «умного дома». Для этого сейчас есть два ограничения. Первое - необходимо наладить процесс изготовления мемристоров на единой производственной линии, чтобы степень интеграции обеспечивала создание больших нейросинаптических ядер. Второе - функциональное. Сейчас мемристоры воспроизводят лишь простые механизмы пластичности. Но, в ближайшем будущем, в таких схемах планируется реализовать и другие возможности нашего мозга
«Сейчас отдельный вопрос касается имитации функции нейронов, астроцитов и других структур мозга в составе одной микросхемы, которая будет воспроизводить на их основе разные функции мозга. Это интересно не только с точки зрения прикладных задач, но и фундаментальных, так как позволит в будущем понять можно ли, просто создав такую искусственную интегральную микросхему, воспроизвести сложную динамику человеческого мозга. И в случае успеха мы сможем создавать в железе биологически релевантные архитектуры для прикладных задач. К примеру, для моделирования и управления движением у биоморфных роботов», - приводим слова Сергея Стасенко - старшего научного сотрудника лаборатории перспективных методов анализа многомерных данных ИТММ ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
Мемристорные нейронные сети уже сейчас работают без интернета, не тратя большого количества электроэнергии. Они со временем смогут заменить ChatGPT, поэтому такую разработку отечественных ученых можно назвать, по-настоящему, разработкой мирового уровня.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.
