Звуковые волны дают нейроморфным чипам преимущество в имитации мозга

Нейроморфные вычисления, имитирующие работу мозга, могут использовать значительно меньше энергии, чем обычные электронные чипы ИИ. Однако даже самые сложные современные нейроморфные устройства всё ещё просты и используют лишь малую долю связей, имеющихся у человеческих нейронов. Новое исследование, проведённое под руководством Сяодуна Яня (Xiaodong Yan) из Университета Аризоны в Тусоне, предлагает использовать звуковые волны для создания акустических синапсов, которые лучше имитируют биологические нейроны и работают быстрее и эффективнее. Учёные разработали акустическое устройство, состоящее из трёх алюминиевых стержней длиной около 60 см и шириной 1,25 см, соединённых эпоксидным клеем, с ультразвуковыми передатчиками и датчиками, прикреплёнными с помощью тонкого слоя мёда. Звуковые волны кодируют данные, а интерференция волн создаёт phi-биты — классические аналоги квантовых битов, которые могут представлять несколько переменных и сосуществовать в одном пространстве. Это позволяет выполнять несколько вычислений одновременно. В экспериментах акустический синапс, представляющий один искусственный синапс, показал более высокую производительность при классификации 150 цветов ирисов на три вида по сравнению с многослойным перцептроном (MLP) на обычном чипе, достигнув точности 96,7% с использованием всего 39 параметров и достигнув пиковой точности на 20% быстрее. Исследователи также продемонстрировали, что добавление одного дополнительного стержня позволяет имитировать действие нейромодуляторов, таких как дофамин и серотонин, что даёт возможность адаптировать один нейронный контур под разные задачи. По оценкам учёных, новое устройство потребляет не более одной десятой энергии современных электронных нейроморфных систем. Работа опубликована в журнале Science Advances 12 июня.