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科學(xué)家研制有學(xué)習(xí)能力憶阻器 未來可造人工大腦

2013-03-05 16:50:24 來源:中國經(jīng)濟網(wǎng)
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科學(xué)家研制有學(xué)習(xí)能力憶阻器 未來可造人工大腦

一個能學(xué)習(xí)的納米元件:比勒菲爾德大學(xué)研制的憶阻器被內(nèi)置于比人頭發(fā)薄600倍的芯片中

據(jù)國外媒體報道,長久以來,科學(xué)家一直夢想著造出像大腦一樣的電腦。大腦比電腦更加節(jié)能,而且還會自主學(xué)習(xí),不需要任何編程。來自比勒菲爾德大學(xué)物理學(xué)系的高級講師安迪·托馬斯博士正在做這方面的努力,他的研究材料是憶阻器(memristor),一種能夠模仿神經(jīng)功能的微電子元件。托馬斯及其同事在一年之前就制作出了一種具有學(xué)習(xí)能力的憶阻器。現(xiàn)在,安迪·托馬斯利用這種憶阻器作為人工大腦的關(guān)鍵部件,他的研究結(jié)果將于近期發(fā)表在《物理學(xué)學(xué)報D輯:應(yīng)用物理學(xué)》雜志上。

憶阻器由極薄的納米薄膜制成,可用于連接電子回路。多年來,憶阻器一直被視為神經(jīng)突觸的電子版。突觸是神經(jīng)元之間聯(lián)系的橋梁,神經(jīng)元活動越多,這種突觸聯(lián)系也就越多。通常,一個神經(jīng)元與其他神經(jīng)元通過數(shù)千個突觸進行聯(lián)系。憶阻器可以接收來自電子回路的脈沖,并且在關(guān)掉電源后,仍能“記憶”先前通過的電荷量。因此,憶阻器允許通過的電流量取決于之前通過電流的強度及通過的時間。

安迪·托馬斯解釋說,因為憶阻器與突觸的這種相似性,使其成為制造人工大腦——從而打造出新一代的電腦——的絕佳材料,“它使我們得以建造極為節(jié)能、耐用,同時能夠自學(xué)的處理器。”托馬斯的文章總結(jié)了自己的實驗結(jié)果,并借鑒其他生物學(xué)和物理學(xué)研究的成果,首次闡述了這種仿神經(jīng)系統(tǒng)的電腦如何將自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為技術(shù)系統(tǒng),及其中應(yīng)該遵循的幾個原則。這些原則包括,憶阻器應(yīng)像突觸一樣,“注意”到之前的電子脈沖;而且只有當刺激脈沖超過一定的量時,神經(jīng)元才會做出反應(yīng),憶阻器也是如此。

正是由于這種特性,神經(jīng)突觸才能在大腦學(xué)習(xí)的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。安迪·托馬斯以巴甫洛夫的經(jīng)典生理學(xué)實驗為例,說明了學(xué)習(xí)的過程。如果狗看到食物,就會出現(xiàn)流口水的自然反應(yīng);如果狗每次看到食物時都聽到鈴聲,那么鈴聲這種“中性”的刺激就會與引起反射反應(yīng)的刺激聯(lián)系起來。所以,最后狗即使沒有看到食物,在聽到鈴聲時也會流口水。這種條件反射的生理原因是,做出反射反應(yīng)的神經(jīng)元與觸發(fā)這些反應(yīng)的神經(jīng)元之間具有更多的突觸聯(lián)系。

如果中性的響鈴刺激與食物刺激同時出現(xiàn),狗的大腦就會開始學(xué)習(xí),其負責(zé)這兩種刺激的神經(jīng)元之間建立起更多的聯(lián)系。“你也可以用憶阻器建立起類似的電子回路,這是通往仿神經(jīng)處理器的第一步。”安迪·托馬斯說,“這是完全有可能做到的,因為相比原來基于比特(bit)的計算機處理器,憶阻器對信息的存儲更加精確。”憶阻器和比特都是利用電子脈沖進行工作,但后者不能進行任何微小調(diào)整,而只能“開”和“關(guān)”。相比之下,憶阻器能夠持續(xù)增高或減弱電阻。托馬斯解釋道:“這也是人工大腦進行學(xué)習(xí)和遺忘的過程中,憶阻器如何發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。”(任天)

 
 
 

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