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新型類腦晶體管模仿人類智能 可在室溫下節(jié)能執(zhí)行聯(lián)想學習

來源:科技日報   發(fā)布時間:2023-12-22 09:17:13

  科技日報北京12月20日電  美國西北大學、波士頓學院和麻省理工學院研究人員從人腦中汲取靈感,開發(fā)出一種能夠進行更高層次思維的新型突觸晶體管,可像人腦一樣同時處理和存儲信息。在新的實驗中,研究人員證明晶體管對數(shù)據(jù)進行分類的能力,超越了簡單的機器學習任務(wù),并且能夠執(zhí)行聯(lián)想學習。研究成果20日發(fā)表在《自然》雜志上。盡管之前的研究已利用類似的策略來開發(fā)類腦計算設(shè)備,但這些晶體管只能在低溫中運行。相比來說,新設(shè)備在室溫下運行很穩(wěn)定。它在快速運行時消耗的能量很少,即使斷電也能保留存儲的信息,這使其成為實際應(yīng)用中的理想選擇。

  研究團隊探索了莫爾條紋物理學的新進展。莫爾條紋是一種幾何設(shè)計,當兩種圖案相互層疊時就會出現(xiàn)。當二維材料堆疊時,會出現(xiàn)單獨一層不存在的新特性。當這些層扭曲形成莫爾條紋時,電子特性前所未有的可調(diào)性成為可能。

  對于新設(shè)備,研究人員結(jié)合了兩種不同類型的原子薄材料:雙層石墨烯和六方氮化硼。當堆疊并有目的地扭曲時,這些材料形成了莫爾條紋。研究人員可在每個石墨烯層中實現(xiàn)不同的電子特性。通過正確選擇扭曲,研究人員利用莫爾條紋物理學在室溫下實現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)功能。

  為了測試晶體管,團隊訓練它識別相似但不相同的模式。他們還推出了一種新型納米電子設(shè)備,以節(jié)能的方式對數(shù)據(jù)進行分析和分類。

  首先,研究人員向設(shè)備展示了一種模式:000(連續(xù)三個零),然后,他們要求人工智能識別相似的模式,例如111或101。研究人員表示:“如果我們訓練它檢測000,然后給它111和101,它就會知道111與000比101更相似。000和111并不完全相同,但都是連續(xù)的三位數(shù)字。認識到相似性是一種更高層次的認知形式,被稱為聯(lián)想學習”。

  【總編輯圈點】

  將不同類型的原子薄材料堆疊、扭曲,在每個層中實現(xiàn)不同的電子特性,然后,利用這些扭曲,在室溫下實現(xiàn)設(shè)備的神經(jīng)形態(tài)功能。這是一次非常有意思的嘗試。機器在執(zhí)行特定任務(wù)時,常比人腦更有效率更為準確。但是,我們?nèi)匀幌M麢C器能夠具備人腦的特點,這樣一來,它可以不需要大量的數(shù)據(jù)投喂,不需要一次次的人工標注。它可以舉一反三,像兒童一樣實現(xiàn)小數(shù)據(jù)甚至零數(shù)據(jù)學習。所以,研究人員一直在尋找新的材料和方法,讓機器更為接近人腦。(記者張夢然)

責任編輯:邢敏