Laserowy chip miliard razy szybszy od komórki nerwowej

Zespół naukowców z Chin opracował działający podobnie do neuronów, laserowy chip, który ma być aż miliard razy szybszy od żywej komórki nerwowej. Układ ma przyspieszyć działanie sztucznej inteligencji.

Sztuczne neurony pokonują ograniczenia prędkości

.Naukowcy z Uniwersytetu w Hong Kongu informują o stworzeniu sztucznego neuronu, opartego na technologii laserowej, który emuluje funkcje, dynamikę i sposób przetwarzania informacji biologicznego neuronu. Jednak – uwaga – ma on działać miliard razy szybszej, niż biologiczne komórki.

Jak wyjaśniają badacze, w żywym organizmie znajdują się różne rodzaje komórek nerwowych. Jedne z nich to neurony reagujące stopniowo: kodujące informacje poprzez ciągłe zmiany potencjału błonowego, zdolne do subtelnego i precyzyjnego przetwarzania sygnałów.

Z kolei biologiczne neurony działające impulsowo przesyłają informacje za pomocą potencjałów czynnościowych typu „wszystko albo nic”, odpowiadając za bardziej binarną formę komunikacji.

Badacze postawili na pierwsze rozwiązanie natury.

„Nasz laserowy neuron o stopniowej odpowiedzi pokonuje ograniczenia prędkości obecnych fotonowych wersji neuronów impulsowych i ma potencjał do jeszcze szybszej pracy” – mówi liderka zespołu Chaoran Huang. – „Wykorzystując jego neuronową, nieliniową dynamikę i szybkie przetwarzanie danych, zbudowaliśmy system do obliczeń rezerwuarowych, który wykazuje wyjątkową wydajność w zadaniach sztucznej inteligencji, takich jak rozpoznawanie wzorców i przewidywanie sekwencji”.

Sztuczne neurony oparte na technologii laserowej były już wcześniej badane jako sposób na znaczące poprawienie obliczeń. Jednak większość z tych, które zostały opracowane do tej pory, to fotonowe neurony impulsowe, które mają ograniczoną prędkość odpowiedzi, mogą powodować utratę informacji i wymagają dodatkowych elementów, np. źródeł laserowych oraz specjalnych modulatorów.

Co potrafi laserowy chip?

.Nowy neuron ma też inną zaletę. Jak wyjaśniają badacze, może się on zachowywać jak mała sieć neuronowa, dzięki czemu nawet pojedynczy układ, bez dodatkowych złożonych połączeń, może z wysoką wydajnością realizować zadania uczenia maszynowego.

Jak dotąd niezwykłą prędkość neuronu badacze wykorzystali do przetworzenia danych ze 100 milionów uderzeń serca oraz, w drugim teście – 34,7 miliona ręcznie stworzonych obrazów cyfrowych, w zaledwie jedną sekundę.

„W tej pracy użyliśmy pojedynczego, opartego na laserze neuronu o stopniowanej odpowiedzi, ale wierzymy, że wykorzystanie kaskady wielu takich neuronów jeszcze bardziej uwolni ich potencjał, podobnie jak ma to miejsce w mózgu, gdzie miliardy neuronów współpracują w dużych sieciach” – wyjaśnia prof. Huang, współautor publikacji.

Nowe oblicze nauki

.Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu. Dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy.

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami” – przypomina prof. Andrzej JAJSZCZYK.

Postęp w naukach o życiu jest możliwy między innymi dzięki rozwojowi metod badawczych. Intensywnie rozwijają się metody modelowania komputerowego i symulacji w tzw. modelach in silico, a także korzystające z metod uczenia maszynowego. Następuje także dalszy rozwój mikroskopii i metod obrazowania oraz modyfikowanych modeli zwierzęcych odwzorowujących organizm ludzki. 

W obszarze nauk ścisłych i technicznych najwięcej badań w ostatnich latach prowadzi się w dyscyplinach inżynierii materiałowej i nauki o materiałach. Ich praktyczny potencjał nie podlega dyskusji. Następne dyscypliny w kolejności finansowania przez ERC to chemia fizyczna, fizyka materii skondensowanej i ciała stałego, elektronika i fotonika, a także chemia organiczna. Po nich następują informatyka i kryptologia, oddziaływania fundamentalne, w tym oddziaływania grawitacyjne czy elektromagnetyczne. Listę najpopularniejszych badawczo dyscyplin zamyka fizyka kwantowa. Warto przy tym pamiętać, że wspomniana kolejność nie wynika z jakichkolwiek priorytetów czy preferencji ERC, lecz jedynie z pojawiania się najbardziej interesujących pomysłów badawczych zgłaszanych przez samych naukowców. 

Wśród najpopularniejszych dyscyplin z zakresu nauk społecznych i humanistycznych najwięcej badań dotyczy ostatnio ekonomii i nauk politycznych. Za nimi idą: historia, badania kultury, a także neuronauka poznawcza, czyli badanie podstaw poznania, ze szczególnym uwzględnieniem procesów zachodzących w mózgu. Kolejne przebojowe dyscypliny to: socjologia, antropologia, archeologia i psychologia społeczna. 

Artykuł dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-andrzej-jajszczyk-europejskie-badania-naukowe/

PAP/WszystkocoNajważniejsze/MB