印第安納州西拉斐特市-一種稱(chēng)為“有機(jī)體”的新計(jì)算技術(shù)，通過(guò)學(xué)習(xí)如何忘記不重要的記憶而保留更重要的記憶，來(lái)模仿人類(lèi)思想的某些方面。Riccardo Comin(馬薩諸塞州理工學(xué)院)和布魯克海文NSLS-II的Claudio Mazzoli參加了會(huì)議。該研究小組使用可調(diào)X射線束掃描了普渡大學(xué)研究人員準(zhǔn)備的樣品，因此他們可以了解該材料的磁性能如何與其與環(huán)境的相互作用“學(xué)習(xí)”的能力有關(guān)。

普渡大學(xué)的愛(ài)德華·泰德曼(Edward G. Tiedemann Jr.)電氣和計(jì)算機(jī)工程杰出教授，考?？?middot;羅伊(Kaushik Roy)說(shuō)：“人的大腦能夠持續(xù)進(jìn)行終身學(xué)習(xí) 。” “并且它通過(guò)忘記一些非關(guān)鍵信息來(lái)部分地做到這一點(diǎn)。我學(xué)得很慢，但是在此過(guò)程中我總是忘記其他事情，因此檢測(cè)舊事物的準(zhǔn)確性會(huì)適度降低。我們正在嘗試做的事情是在一定程度上模仿大腦的行為，以創(chuàng)造不僅學(xué)習(xí)新信息而且學(xué)習(xí)要忘記的計(jì)算機(jī)。”

該小組由普渡大學(xué)，羅格斯大學(xué)，麻省理工學(xué)院，布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和阿貢實(shí)驗(yàn)室的研究人員組成。

普渡大學(xué)材料工程教授Shriram Ramanathan說(shuō)，這項(xiàng)研究的核心是一種稱(chēng)為鎳酸“的陶瓷“量子材料”，該材料被用于制造稱(chēng)為生物體的裝置 。

羅伊說(shuō)：“這些設(shè)備具有生物的某些特征，使我們能夠推進(jìn)模仿人腦某些方面的新學(xué)習(xí)算法。” “結(jié)果對(duì)于量子材料以及腦啟發(fā)性計(jì)算領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響。”

有關(guān)發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)信息，刊登在《自然通訊》雜志(日期)上的一篇論文中。

當(dāng)暴露于氫氣中時(shí)，該材料會(huì)發(fā)生巨大的電阻變化，因?yàn)槠渚Ц癖粴湓?ldquo;摻雜”。據(jù)說(shuō)該材料會(huì)呼吸，在添加氫氣時(shí)會(huì)膨脹，而在去除氫氣時(shí)會(huì)收縮。

Ramanathan說(shuō)：“關(guān)于材料的主要是，當(dāng)它吸收氫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生引人注目的量子力學(xué)效應(yīng)，從而使電阻變化幾個(gè)數(shù)量級(jí)。” “這是非常不尋常的，而且效果是可逆的，因?yàn)檫@種摻雜劑可能微弱地附著在晶格上，因此，如果您從環(huán)境中除去氫，則可以改變電阻。”

該研究論文的合著者包括普渡大學(xué)博士后研究助理范佐和研究生Priyadarshini Panda。摘要中提供了合著者的完整列表。

當(dāng)氫暴露于材料時(shí)，氫分裂成質(zhì)子和電子，電子附著在鎳上，暫時(shí)使材料成為絕緣體。

“然后，當(dāng)氫出來(lái)時(shí)，這種材料又重新導(dǎo)電了，”拉馬納森說(shuō)。“我們?cè)诒疚闹姓故镜氖强梢苑浅Ｗ屑?xì)地調(diào)整傳導(dǎo)和絕緣的程度。”

這種變化的電導(dǎo)和“該電導(dǎo)隨時(shí)間的衰減”類(lèi)似于一種稱(chēng)為習(xí)慣化的關(guān)鍵動(dòng)物行為。

羅伊說(shuō)：“許多動(dòng)物，甚至是沒(méi)有大腦的生物，都具備這種基本的生存技能。” “這就是為什么我們稱(chēng)這種有機(jī)行為。如果我定期看到某些信息，我會(huì)習(xí)慣于此，并保持對(duì)它的記憶。但是，如果我很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒(méi)有看到這樣的信息，那么它會(huì)慢慢開(kāi)始衰減。因此，電導(dǎo)行為以指數(shù)方式上升和下降的行為可用于創(chuàng)建一個(gè)新的計(jì)算模型，該模型將逐步學(xué)習(xí)，同時(shí)以適當(dāng)?shù)姆绞酵浭挛铩?rdquo;

研究人員開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為自適應(yīng)突觸可塑性的“神經(jīng)學(xué)習(xí)模型”。

Ramanathan說(shuō)：“這可能非常重要，因?yàn)檫@是直接使用量子材料解決神經(jīng)學(xué)習(xí)中的主要問(wèn)題的第一個(gè)例子。”

研究人員使用生物體來(lái)實(shí)現(xiàn)突觸可塑性的新模型。

羅伊說(shuō)：“利用這種效應(yīng)，我們能夠?qū)ι窠?jīng)形態(tài)計(jì)算中真正存在的問(wèn)題進(jìn)行建模。” “例如，如果我學(xué)會(huì)了你的面部特征，我仍然可以出去學(xué)習(xí)別人的特征而不會(huì)真正忘記你的特征。但是，這對(duì)于計(jì)算模型來(lái)說(shuō)很難做到。在學(xué)習(xí)您的特征時(shí)，他們可以忘記原始人的特征，這就是災(zāi)難性的遺忘。”

神經(jīng)形態(tài)計(jì)算無(wú)意取代基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或CMOS的常規(guī)通用計(jì)算機(jī)硬件。相反，它有望與基于CMOS的計(jì)算結(jié)合使用。CMOS技術(shù)尤其擅長(zhǎng)執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，而神經(jīng)形態(tài)計(jì)算可能能夠執(zhí)行諸如面部識(shí)別，推理和類(lèi)似人的決策的角色。

羅伊(Roy)的團(tuán)隊(duì)對(duì)可塑性模型進(jìn)行了研究，而其他合作者則集中在物理學(xué)上，即如何解釋由摻雜引起的電導(dǎo)變化的過(guò)程是本文的核心。

這是一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，由材料，電氣工程，物理和算法方面的專(zhuān)家組成。

Ramanathan說(shuō)：“材料科學(xué)人員很少會(huì)和Roy教授這樣的巡回人員進(jìn)行交流，并提出有意義的建議。”

有機(jī)體可能在自旋電子學(xué)的新興領(lǐng)域中得到應(yīng)用。常規(guī)計(jì)算機(jī)使用電荷的存在和不存在來(lái)表示執(zhí)行計(jì)算所需的二進(jìn)制代碼中的1和0。然而，自旋電子學(xué)使用電子的“自旋態(tài)”來(lái)表示一和零。

它可以將類(lèi)似于生物學(xué)神經(jīng)元和突觸的電路帶入CMOS電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)的緊湊設(shè)計(jì)中。仿冒一個(gè)神經(jīng)元或突觸需要許多CMOS器件，而可能只需要一個(gè)自旋電子器件，可能需要一種緊湊的節(jié)能技術(shù)。

在未來(lái)的工作中，研究人員可能會(huì)演示如何在集成電路中實(shí)現(xiàn)習(xí)慣化，而不是將材料暴露于氫氣中。