Инженеры создали полностью оптический искусственный синапс
Исследователи экспериментально и на цифровых моделях доказали, что кристалл с эффектом люминесценции способен работать как искусственный синапс без участия электроники. Отказ от перевода света в ток поможет многократно снизить энергопотребление датчиков в системах машинного зрения. Однако успех пока подтвердили лишь на крупном лабораторном прототипе, поэтому технология потребует дальнейшей оптимизации.
Традиционные архитектуры компьютеров исторически разделяли обработку данных и их хранение. Перемещение информации между процессором и памятью тратит много времени и энергии. Эта проблема особенно мешает работе алгоритмов машинного обучения. Биологический мозг устроен эффективнее: сила межнейронных связей выступает одновременно хранилищем опыта и вычислительным фильтром для новых сигналов.
Инженеры долгое время конструировали нейроморфные чипы, копирующие устройство мозга. Первые искусственные синапсы работали на электронных компонентах и потребляли много энергии на нагрев. Позже появились оптоэлектронные устройства, принимавшие световой сигнал напрямую от источника, но для изменения параметров памяти они все равно задействовали электрическую цепь.
Ученые искали, как создать полностью оптический синапс. В такой схеме свет должен был одновременно доставлять сигнал и менять силу связи между узлами сети. Новая работа продемонстрировала жизнеспособность подобного подхода. Результаты опубликовали в журнале Advanced Photonics.
Инженеры измерили отклик люминесцентного материала на оптические импульсы разной частоты. Они сравнили поведение системы при поочередном облучении ультрафиолетом и инфракрасным светом.
В качестве материала выбрали кристалл, легированный стронцием, европием и диспрозием, который обладал эффектом долгой люминесценции. Кроме того, в нем баланс между немедленным свечением и запасанием энергии зависел от предыдущих порций света. Такое поведение идеально подошло для имитации памяти нейрона: материал «помнил» прошлые вспышки света без дополнительных микросхем.
Во время опытов ученые посылали на кристалл парные световые импульсы. Ультрафиолет работал как усилитель. Его первая вспышка забивала структурные ловушки зарядом. К моменту второго импульса свободных ловушек не оставалось, поэтому энергия сразу превращалась в свечение. В итоге ответ на второй импульс оказывался сильнее, чем на первый.
Инфракрасный свет давал обратный эффект: он выбивал заряды из ловушек. Первая вспышка забирала весь накопленный запас, поэтому на вторую ничего не оставалось, и ответ кристалла был тусклым. Способность материала самостоятельно делать оптический сигнал ярче или слабее доказала его пригодность для сборки логических цепей.
На практике физики превратили кристалл в пленку и закрыли ею классическую матрицу цифровой камеры. Покрытие сработало как чувствительный оптический фильтр. Яркие детали картинки долго оставляли след, а случайные пиксельные шумы мгновенно гасли до момента оцифровки кадра. Следом на компьютерной модели проверили работу сенсора в задаче распознавания рукописных цифр. Без включения свойств кристалла программная точность нейросети составила 78%, а при симуляции работы оптического синапса возросла почти до 96%.
Однако говорить о готовых оптических процессорах с такими показателями преждевременно. Сложная камера из тысяч световых синапсов пока существует только в компьютерном симуляторе. В реальности одиночный кристаллический прототип реагировал на команды за десятки миллисекунд. Для современной микроэлектроники это огромная задержка. Устройство также потребовало слишком высоких затрат энергии на свечение лазера. Обратить эти недостатки в плюсы поможет уменьшение размера чипа до микрометров.
Эксперимент доказал, что камера в целом способна вычислять и запоминать нюансы кадра без привлечения тока. В перспективе технология может помочь дольше беречь заряд батареи за счет отказа от части тяжелых вычислительных процессов.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии