Искусственный нейрон сокращает дистанцию между роботами и человеческим сознанием

Исследователи разработали искусственный нейрон, способный воспроизводить активность различных зон мозга. Это представляет собой важный прорыв на пути к созданию роботов, обладающих способностью ощущать и реагировать на окружающую среду так же, как человек. Устройство умеет менять режимы работы – от функций зрения и планирования до управления движением – и обрабатывает данные с помощью электрических импульсов, сближая аппаратные решения с биологическими вычислительными процессами.

В отличие от привычных искусственных нейронов, заточенных под выполнение единственной функции, новый трансэнерон изменяет свои электрические характеристики, переходя между разными ролями. Эксперимент показал, что один такой нейрон способен воспроизводить зрительную, двигательного и премоторную активность, что открывает перспективу создания более функциональных чипов без необходимости большого числа компонентов. «Итогом станет возможность создавать роботов, максимально приближенных к человеку по своим реакциям», – подчёркивает профессор Сергей Савельев из Университета Лафборо, один из авторов исследования.

В эксперименте трансэнерон подвергали серии электрических стимулов и сопоставляли его ответные импульсы с данными нейронов макаки. Устройство точно воспроизвело три набора мозговой активности, демонстрируя стопроцентную точность. Эти модели колебались от стабильных сигналов до спонтанных вспышек. Профессор Александр Баланов из Университета Лафборо объясняет, что незначительные вариации электрических свойств позволяют одному элементу функционировать как несколько типов нейронов. «Мы также обнаружили, что искусственные нейроны чувствительны к внешним воздействиям, таким как давление и температура», – добавляет он, указывая на перспективы разработки искусственных сенсорных систем и создания более быстрых и энергоэффективных вычислительных устройств.

Учёные доказали, что трансэнерон не просто имитирует мозговую активность, но действительно осуществляет обработку сигналов. При варьировании входного стимула электроника меняла частоту разрядов, повторяя поведение биологических нейронов. Если к устройству подавались два сигнала одновременно, его реакция зависела от их временной последовательности, что обычно реализуется с помощью нескольких нейронов. Ключ к гибкости трансэнерона – мемристор, наномасштабный элемент, структура которого модифицируется при прохождении тока. Атомы серебра внутри мемристора формируют и разрушают микромостики, генерируя импульсы. Изменения температуры, напряжения и сопротивления управляют этим процессом, обеспечивая переключение нейронных режимов без программного вмешательства.

Доктор Сергей Гепштейн из Института Солка подчёркивает, что традиционные компьютеры обрабатывают данные последовательно, в отличие от параллельных процессов мозга. «Наш трансэнерон открывает путь к аппаратным решениям, которые не просто симулируют мозгоподобную активность на уровне ПО, но функционируют подобно нейронным сетям», – утверждает он. В планах исследователей – создание массива трансэнеронов для реализации «корового слоя на чипе». По их мнению, такие структуры позволят роботам воспринимать и адаптироваться к окружающей среде в режиме реального времени, обеспечат непрерывное обучение на протяжении всего срока службы и снизят энергопотребление. По словам доктора Павла Борисова из Университета Лафборо, в перспективе эти устройства могут быть интегрированы с нервной системой человека или использоваться для изучения механизмов сознания.

 

Источник: iXBT