Схема от изкуствени синапси изработи "условен рефлекс"

Експерти от Северозападния университет в САЩ и Хонконгския университет са разработили компютърно устройство с възможност за асоциативно обучение. То се основава на електрохимични "синаптични" транзистори от нов тип, способни едновременно да съхраняват и обработват информация, подобно на човешкия мозък. Демонстрирайки свойства, подобни на дългосрочната и краткосрочната синаптична пластичност, такива транзистори се учат с течение на времето на базата на формирани спомени.

Поради разделянето на обработката и съхранението в традиционните компютри, те консумират много енергия, когато изпълняват задачи, включващи обработката на големи количества данни. Търси се възможност за комбиниране на съхранението и обработката, като по-специално това е реализирано в т.нар. мемристори, но те се характеризират с висока консумация на енергия за превключване и не са биосъвместими. Авторите на описаното изследване са поели по различен път, създавайки електрохимичен транзистор, който може да улавя йони - те предават сигнал между терминалите, действайки като невротрансмитери, които изпълняват подобна функция в невроните. Благодарение на уловените йони, транзисторът "помни" предишни действия, като така се реализира дългосрочната пластичност.

Изследователите демонстрират синаптичните свойства на своето изобретение чрез свързване на множество транзистори в невроморфна верига, която имитира асоциативно обучение. Свързвайки сензори за налягане и светлина към него, те обучават системата да установява асоциативна връзка между две несвързани физически влияния - осветеност и натиск.

Авторите сравняват постигнатите резултати с известните експерименти на академик Иван Павлов, който е учил кучета да свързват звънящ сигнал с предстоящо хранене. По време на тренировката те осветяват устройството с мигаща светодиодна лампа и едновременно го натискат с пръст, в резултат на което сензорите разпознават и двете влияния.

Още след пет тренировъчни цикъла веригата е установена силна връзка между светлината и налягането: достатъчно е били да бъде подаден светлина, за да произведе същия изходен сигнал, както при двойна експозиция се образува "рефлекс".

Според изследователите създаденият от тях транзистор има потенциала да преодолее ограниченията, присъщи на традиционните компютри, включително тези, свързани с високата консумация на енергия и недостатъчната многозадачност. Освен това реализираната от тях схема има висока толерантност - тя продължава да работи, дори ако някои от компонентите се повредят.

Не на последно място, тъй като синаптичната верига е направена от меки биосъвместими полимери, подобни системи изграждани на гъвкави листове, които лесно да бъдат интегрирани в носима електроника, интелигентна роботика и имплантируеми устройства, предназначени за директно взаимодействие с живите тъкани и мозъка, смятат още разработчиците.