Siate cum'è una persona. Macchine per e persone, persone per machini

Ci pudemu dà assai. O in fatti avemu digià datu. Questu hè pruvucatu da innumerevoli suluzioni tecniche biomimetiche chì imitanu prucessi in machini assuciati cù l'organisimi umani è parechji altri esseri viventi. Per d 'altra banda, a storia di cumu ci sustenenu e macchine hè cusì evidente chì pare triviale.

A parte più ambiziosa biomimetisimu ci sò tentativi di ricreà in u mondu inanimatu. U cervellu ùn hà micca bisognu di una unità di prucessu cintrali (CPU) o un discu duru. Funziona aprendu è chjudendu e membrane nervose è inviendu ondate di ioni carichi. Queste onde causanu cambiamenti in e terminazioni nervose chì permettenu u funziunamentu di u cervellu, un prucessu chjamatu plasticità sinaptica chì ci permette di amparà è di processà l'infurmazioni.

L'ipotetiche custruzzioni di l'informatica artificiale chì imitanu u cervellu umanu sò chjamati "neuromorfu" - stu termini hè statu creatu in l'anni 80 da un scientist americanu Carver Mead. Era cunnisciutu per i so tentativi di imite i neuroni cù circuiti di transistor cunfigurati apposta. I scientisti di u mondu sò longu à travaglià dura nantu à i sistemi chì travaglianu cum'è u cervellu umanu. Per quessa, sò qualchì volta chjamati cervelli artificiali.

Chì pò fà chì ancu u sistema di intelligenza artificiale più avanzatu ùn pò micca ancu affruntà? Per esempiu, pò riunisce rapidamente assai infurmazione caòtica in cunclusioni significanti. Hè perchè Custruì un urdinatore chì pò processà è arregistrà l'infurmazioni simultaneamente - cum'è un cervellu chì analizza istantaneamente è almacena grandi quantità di dati - hè unu di i più grandi sfidi tecnologichi oghje.

Cum'è i veri neuroni

Tutti i computer tradiziunali è i dispositi simili à l'urdinatori sò basati nantu à l'architettura sviluppata da John von Neumannin quale u processore è i sistemi di memoria sò separati l'una di l'altru. Quissa hè una suluzione pratica quandu vulemu chì a macchina per eseguisce in diversi prugrammi. In ogni casu, i prucessori, quandu sò in esecuzione, ghjunghjenu à e dati da a memoria, è u trasferimentu cuntinueghja. Una unità computazionale in attesa di dati spessu resta inattiva.

U voluminu di dati da e basa di dati creati da l'omu è e macchine (operanu in l'Internet di e Cose) hè attualmente enormu. L'architettura von Neumann diventa u collu di buttiglia in questi prucessi. U Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti stima chì l'elaborazione di dati di l'informatica cunsuma attualmente trà 5 è 15% di a produzzione energetica di u mondu, cumprese un pocu per a trasmissione stessa. Pò esse migliuratu annantu à l'anni metudi quantum è fotonichì necessitanu menu energia, più veloce è più efficiente. Tuttavia, u so usu ferma sempre una direzzione promettente. I sperti sò sempre più attenti à e soluzioni offerte da u cervellu umanu.

Scheda madre NS16e cù sedici processori IBM TrueNorth

Tentativi di creà studienti flessibili è efficaci rete neurale intrapresa dapoi l'anni 50. U pinnacle di rializazioni in questa zona hè DeepMind di Google, chì in 2016 hà scunfittu u grandmaestru di u ghjocu "Go". Tuttavia, stu cervellu sinteticu hè una simulazione di software di una rete neurale, è i calculi fisichi sò sempre realizati in sistemi di silicuu. Allora u collu di von Neumann ùn hè micca superatu quì.

Fisicamente, a rete neurale imita un processore neuromorficu IBM chjamatu Veru Norducustruitu in 2014. U prublema hè chì s'ellu avia aduprà a so architettura per creà un equivalenti cumpletamente sinteticu di un cervellu, un tali computer avissi bisognu di 10 XNUMX. volte più energia di ciò chì travaglia in a testa umana ... Inoltre, TrueNorth, ancu s'ellu pò ricunnosce l'imaghjini simplici, ùn funziona micca cum'è cunnessione trà neuroni è sinapsi. Ùn hè micca capaci di rinfurzà certi ligami in u prucessu di apprendimentu.

Intel hà travagliatu annantu à a tecnulugia di processore neuromorficu per parechji anni per imità a manera di u funziunamentu di u cervellu umanu. In fine, si vantava di u primu dispusitivu di stu tipu. Sperimentale chipset chjamatu Loihi in 2018, si moverà à università di punta è istituti di ricerca dedicati à u sviluppu di l'intelligenza artificiale. A cumpagnia scrive: "Intel hà inventatu un chip neuromorficu auto-apprendimentu, u primu di u so tipu, chjamatu Loihi, chì imita a manera chì u funziunamentu di u cervellu umanu agisce nantu à u principiu di stimuli di diverse forze ricevuti da l'ambiente". U processatore hè custituitu da 130 mila. "neuroni" di siliciu cunnessi da 130 milioni di "sinapsi". Sicondu Intel, hè mille volte più efficiente di l'energia cà e macchine di apprendimentu convenzionali.

Evite u silicone

TrueNorth chips o a suluzione di Intel si ferma sempre à u silicuu, chì hà i so vantaghji, ma in quantu à l'efficienza energetica, ùn currisponde micca à a materia urganica di e cellule nervose. Per quessa, i scientisti sò travagliendu nantu à mudelli cumplettamente differenti di computer neuromorfi chì imiteranu a plasticità di u cervellu è permettenu à i prucessori di imite a funzione sinaptica, per esempiu, aduprendu una transizione di fase in certi materiali chì si funnu è solidificanu à certe temperature, mantenendu a capacità. per almacenà è liberà grandi quantità di energia.

L'estate scorsa, un gruppu di scientisti guidatu da Evangelos Eleftheriou da u laboratoriu IBM in Zurich hà dettu in Nature Nanotechnology chì hà sappiutu custruisce versione artificiale di un neurone. Hè custituitu da una strata di germanium-antimony telluride trà l'elettrodi. Quì, u cambiamentu di fase di stu materiale hè utilizatu, chì, secondu a tensione applicata, passa da un insulator à un semiconductor, è dopu à un cunduttore. Sicondu i circadori, questu imita i fluttuazioni in u cumpurtamentu di i neuroni. Ci sò altri prughjetti in quale i cambiamenti di fasa in sinapsi artificiali sò affettati da una onda di luce, chì significa significativamente menu cunsumu d'energia. Dunque ùn hè micca l'unica suluzione suggerita.

I ricercatori di l'Università di Southampton anu dimustratu à a fine di u 2016 chì i memristori è i resistori sò capaci di ricurdà i so valori di resistenza precedente è ponu esse aduprati per custruisce reti neurali cumplessi è avanzati. Comu parte di i so esperimenti, anu preparatu una reta di memristori basati in l'ossidu di metalli è l'utilizanu cum'è sinapsi artificiali.

Illustrazione di cunnessione trà neurone è dendrite

In u risultatu, anu iniziatu prucessu di apprendimentu senza interferenza esterna - cum'è succede in u cervellu umanu. I memristori creati da i scientisti ùn sò micca solu cunsumà menu energia cà suluzioni previ, ma ancu ricurdate u so statu precedente. Quessi sò cumpunenti elettronichi chì limitanu o regulanu u flussu di corrente elettrica in un circuitu è ​​sò capaci di ricurdà a quantità di carica chì hà passatu per elli è mantene e dati ancu quandu a putenza hè spenta. Essenzialmente, eseguinu una funzione simile à sinapsi è anu a capacità intrinseca di eseguisce compiti computazionali è almacenà l'infurmazioni à u stessu tempu cù assai menu voluminu è perdita di putenza.

Un squadra di ricerca di l'Università di Southampton hà sviluppatu sensor integratu di memristor (Memristive Integrative Sensor - MIS) à a nanoscala, in quale hà introduttu una seria di mudelli "voltage-time" chì riproducenu l'attività elettrica di e cellule nervose. Hè infurmatu chì i sensori MIS basati nantu à l'ossidi di metalli, chì funzionanu cum'è e sinapsi di e cellule cerebrali, sò capaci di codificà è cumpressà (finu à 200 volte) l'attività di e cellule nervose registrate cù arrays multielectrode. I circadori anu dettu chì, in più di e limitazioni di larghezza di banda, u so approcciu hè estremamente efficiente energeticu, postu chì a putenza necessaria per ogni canale di registrazione era XNUMX volte più bassa di quella attuale.

Tuttavia, u compitu di i custruttori neuromorfi pare esse parechje volte più difficili à a luce di novi scuperte da i scientisti di l'Università di California in Los Angeles - Ci hè chì u cervellu hà più di centu volte più putenza di trasfurmazioni chè si pensava prima. Sicondu issi scuperti, i dendrites, una volta pensati à esse simplici canali di signalazione passivi, si sò rivelati assai attivi elettricamente, generendu deci volte più impulsi chì u soma (corpu di e cellule nervose).

rimarcò Mayank Mehta, un neurophysicist UCLA chì descrive u studiu di California in i media.

Invisibule, visibile grazia à i machini

A simulazione di u nostru cervellu ùn hè micca assai bona per e macchine. In cambiu, però, avemu ricevutu "da elli" - è ancu riceve - ciò chì ci permette micca solu, per esempiu, di vulà in u celu o di alzà pesi, ma ancu di vede è sente ciò chì i nostri sensi ùn ponu catturà. Avemu avutu i dispositi di visione notturna, l'imaghjini termali, i detettori ultravioletti è i sonari per un bellu pezzu. Sti dispusitivi ci dannu accessu à capacità prima vistu solu in animali o insetti. In relazione à i miccanismi da u mondu naturali, fermanu prudutti di u pensamentu tecnicu.

Un esempiu tipicu di tecnulugia muderna chì apre i nostri ochji à novi mondi sò lenti cù un detector di grafene ultra-sottile chì opera in a gamma infrared completa. Sò stati creati in l'Università Americana di Michigan in u risultatu di a ricerca di u gruppu di prof. Zhaohui Zhong. Un altru gruppu di scientisti è ingegneri, guidati da Ghjiseppu Ford da l'Università di California in San Diego è Erica Tremblay da l'Istitutu di Microengineering in Lausanne - à u turnu, hà sviluppatu lenti di cuntattu cù un filtru polarizante, simili à quelli purtati in i cinemas 3D, chì permettenu di vede cù quasi trè volte l'ingrandimentu.

Di sicuru ci sò ancu realtà aumentatachì ùn solu permette à i medichi di circà l'internu di u corpu umanu senza intervenzione chirurgica, ma pò ancu aiutà, per esempiu, i pompieri naviganu rapidamente è cercanu e persone in cundizioni di u focu quandu a visibilità diventa povira o ancu zero. C Thru Helmet hà una camera termale integrata, l'imaghjina da quale hè trasmessa à u bomberu in un cascu direttamente nantu à a visualizazione davanti à i so ochji. Da l'altra parte Sistema Stryker II, creatu da BAE Systems per i piloti di l'aviò, integratu cù un cascu, equipatu di sensori chì ponenu automaticamente i vetri di u pilotu in modu di notte cù visione di notte.

Pudete finalmente ghjunghje càmera chì vede l'invisibile. Ancu e cose intornu à l'angulu di u bastimentu. L'invenzione chì hà fattu questu pussibule hè vinutu da i scientisti in l'Università di Bonn, in Germania, è in a Columbia Britannica, in Canada. Hè basatu annantu à a ripruduzzione di l'imaghjini fora di u campu di vista cù a luce diffusa. Stu metudu usa un fasciu laser prughjettatu nantu à un muru, oscurendu ciò chì deve esse osservatu attraversu a lente di a camera. U dispusitivu coglie assai riflessioni di luce diffirenti è li riassume, circannu di creà u risultatu, i.e. contorno di l'imagine. Inizialmente, vi vede solu u muru in u visor di a camera. Tuttavia, dopu à un pocu tempu, quandu suttili algoritmi matematiche cumincianu à travaglià, palesanu l'ecu di l'imaghjini chjamati (vale à dì, una piccula quantità di luce riflessa da un ughjettu, diffusa è poi cascà nantu à a superficia di u muru), cuminciamu à vede. figure ammucciate intornu à l'angulu. Nisun esseru vivente pò più fà cusì !

Ci sò ancu metudi per "Vede" qualcosa in u bughjuè ùn anu micca bisognu di più fotoni per pixel. Per esempiu, quellu chì hà sviluppatu Ahmed Kirmaniego da u Massachusetts Institute of Technology (MIT) è publicatu in a rivista Science. U dispusitivu, chì ellu è u so squadra hà sviluppatu, Kirmani emette un impulsu laser di bassa putenza in u bughju, chì, quandu si riflette da un ughjettu, scrive un solu pixel à u detector. U principiu stessu ùn hè micca novu. Novu hè un algoritmu sofisticatu chì richiede assai menu fotoni per creà una maghjina chè prima. Hè statu calculatu chì solu un centesimu di ciò chì hè necessariu per i detettori di luce attualmente usati in cundizioni difficili, cum'è in a tecnulugia LIDAR, hè abbastanza.

Fighjendu un mutore in esecuzione in tecnica AR

Siccomu ci sò opportunità basate in a realtà aumentata per "vede" l'internu di un mutore di vittura in funziunamentu cù l'aiutu di i soni chì venenu da quì, pò esse u tempu. una camera chì "leghje" i soni da l'imaghjini? U prototipu di tali dispusitivu hè statu sviluppatu da MIT, Microsoft è Adobe. L'algoritmu currispundente hà registratu i soni di parlà chì venenu da un saccu di patatine fritte, da quale u registratore era siparatu da un vetru insonorizatu. In altri esperimenti, era pussibule di ripruduce u sonu da un video silenziu. Stu metudu hè basatu annantu à "inferenza" nantu à i soni analizendu u muvimentu è a vibrazione di l'uggetti.

Hè difficiuli di ùn avvistà chì l'impulsu versu u biomimetisimu è u neuromorfismu, è ancu più suluzioni chì rinfurzanu i nostri sensi, mostranu chjaramente cumu e tecnulugia muderne, malgradu tante paure, sò sempre focu annantu à e persone.