基于波動(dòng)的新興功能有望為新的存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)開辟道路

由NIMS領(lǐng)導(dǎo)的國際聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了由多條金屬納米線組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，該團(tuán)隊(duì)可以產(chǎn)生與人類獨(dú)特的高級大腦功能相關(guān)的電特征，如記憶、學(xué)習(xí)、遺忘、變得警覺和恢復(fù)平靜。然后，研究團(tuán)隊(duì)闡明了誘發(fā)這些電特性的機(jī)制。

近年來，人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，并開始以各種方式影響我們的生活。盡管AI處理信息的方式與人腦相似，但人腦的運(yùn)行機(jī)制仍不清楚。已經(jīng)詳細(xì)研究了基本的大腦組件，如神經(jīng)元及其連接(突觸)。然而，許多關(guān)于整個(gè)大腦的問題需要回答。例如，我們?nèi)匀粵]有完全理解大腦是如何執(zhí)行記憶、學(xué)習(xí)和遺忘等功能的，以及大腦是如何變得警覺和冷靜的。另外，在實(shí)驗(yàn)研究中，活體大腦很難操作。由于這些原因，大腦仍然是一個(gè)“神秘的器官”。

聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)最近通過整合大量涂有厚度約為1納米的聚合物(PVP)絕緣層的銀(Ag)納米線，構(gòu)建了一個(gè)復(fù)雜的類腦網(wǎng)絡(luò)。兩條納米線之間的連接形成一個(gè)可變電阻元件(即突觸元件)，其行為類似于神經(jīng)元突觸。含有大量復(fù)雜相互作用突觸元件的納米線網(wǎng)絡(luò)形成了“神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)”。當(dāng)電壓施加到神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它似乎在“嘗試”尋找最佳電流路徑(即最有效的電流路徑)。研究團(tuán)隊(duì)測量了電流在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)時(shí)電流路徑形成、保持和去激活的過程，發(fā)現(xiàn)這些過程總是隨著它們的進(jìn)展而波動(dòng)，類似于人腦的記憶、學(xué)習(xí)和遺忘過程。觀察到的時(shí)間波動(dòng)類似于大腦變得警覺或恢復(fù)平靜的過程。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)模擬的類腦功能是由網(wǎng)絡(luò)中的大量突觸元件共同作用優(yōu)化電流傳輸引起的，換言之，是自組織和新興動(dòng)態(tài)過程的結(jié)果。

研究小組目前正在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)材料開發(fā)類似大腦的存儲(chǔ)設(shè)備。該團(tuán)隊(duì)打算將存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)成以與當(dāng)前計(jì)算機(jī)完全不同的原理運(yùn)行。例如，盡管當(dāng)前的計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)成花費(fèi)絕對必要的時(shí)間和功率來追求絕對最優(yōu)的解決方案，即使生成的解決方案可能不是絕對最優(yōu)的，新的存儲(chǔ)設(shè)備旨在在一定的限度內(nèi)快速做出決定。研究團(tuán)隊(duì)也希望這項(xiàng)研究能夠促進(jìn)對大腦信息處理機(jī)制的理解。

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