新型類(lèi)腦晶體管模仿人類(lèi)智能 可在室溫下節(jié)能執(zhí)行聯(lián)想學(xué)習(xí)
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 發(fā)布時(shí)間：2023-12-22 09:17:13
科技日?qǐng)?bào)北京12月20日電 美國(guó)西北大學(xué)、波士頓學(xué)院和麻省理工學(xué)院研究人員從人腦中汲取靈感，開(kāi)發(fā)出一種能夠進(jìn)行更高層次思維的新型突觸晶體管，可像人腦一樣同時(shí)處理和存儲(chǔ)信息。在新的實(shí)驗(yàn)中，研究人員證明晶體管對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)的能力，超越了簡(jiǎn)單的機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，并且能夠執(zhí)行聯(lián)想學(xué)習(xí)。研究成果20日發(fā)表在《自然》雜志上。盡管之前的研究已利用類(lèi)似的策略來(lái)開(kāi)發(fā)類(lèi)腦計(jì)算設(shè)備，但這些晶體管只能在低溫中運(yùn)行。相比來(lái)說(shuō)，新設(shè)備在室溫下運(yùn)行很穩(wěn)定。它在快速運(yùn)行時(shí)消耗的能量很少，即使斷電也能保留存儲(chǔ)的信息，這使其成為實(shí)際應(yīng)用中的理想選擇。
研究團(tuán)隊(duì)探索了莫爾條紋物理學(xué)的新進(jìn)展。莫爾條紋是一種幾何設(shè)計(jì)，當(dāng)兩種圖案相互層疊時(shí)就會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)二維材料堆疊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單獨(dú)一層不存在的新特性。當(dāng)這些層扭曲形成莫爾條紋時(shí)，電子特性前所未有的可調(diào)性成為可能。
對(duì)于新設(shè)備，研究人員結(jié)合了兩種不同類(lèi)型的原子薄材料：雙層石墨烯和六方氮化硼。當(dāng)堆疊并有目的地扭曲時(shí)，這些材料形成了莫爾條紋。研究人員可在每個(gè)石墨烯層中實(shí)現(xiàn)不同的電子特性。通過(guò)正確選擇扭曲，研究人員利用莫爾條紋物理學(xué)在室溫下實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)功能。
為了測(cè)試晶體管，團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練它識(shí)別相似但不相同的模式。他們還推出了一種新型納米電子設(shè)備，以節(jié)能的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和分類(lèi)。
首先，研究人員向設(shè)備展示了一種模式：000（連續(xù)三個(gè)零），然后，他們要求人工智能識(shí)別相似的模式，例如111或101。研究人員表示：“如果我們訓(xùn)練它檢測(cè)000，然后給它111和101，它就會(huì)知道111與000比101更相似。000和111并不完全相同，但都是連續(xù)的三位數(shù)字。認(rèn)識(shí)到相似性是一種更高層次的認(rèn)知形式，被稱(chēng)為聯(lián)想學(xué)習(xí)”。
【總編輯圈點(diǎn)】
將不同類(lèi)型的原子薄材料堆疊、扭曲，在每個(gè)層中實(shí)現(xiàn)不同的電子特性，然后，利用這些扭曲，在室溫下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的神經(jīng)形態(tài)功能。這是一次非常有意思的嘗試。機(jī)器在執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)，常比人腦更有效率更為準(zhǔn)確。但是，我們?nèi)匀幌Ｍ麢C(jī)器能夠具備人腦的特點(diǎn)，這樣一來(lái)，它可以不需要大量的數(shù)據(jù)投喂，不需要一次次的人工標(biāo)注。它可以舉一反三，像兒童一樣實(shí)現(xiàn)小數(shù)據(jù)甚至零數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)。所以，研究人員一直在尋找新的材料和方法，讓機(jī)器更為接近人腦。（記者張夢(mèng)然）
責(zé)任編輯：邢敏
