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IBM制成世界首个人造神经元,可像人脑一样运算

刊登于 2016-08-05

IBM发明世界首个人造神经元。
IBM 制成了世界上第一个纳米大小的人造相变神经元。

当地时间8月3日,IBM 苏黎世研究中心宣布,制成了世界上第一个纳米大小的人造相变神经元。IBM 科研人员还在此基础上构建了由500个该神经元组成的阵列,用于模拟人类大脑的工作方式处理信号。人工神经元不仅有和人类神经元一样的“集体编码”特性,它的信号处理能力也已经超过了奈奎斯特-香农采样定理(Nyquist–Shannon sampling theorem)的极限。这一突破标志着人类在认知计算应用领域迈出了重要一步。

人造相变神经元完全由目前已知的材料组成,除了尺寸达到纳米级、信号传输速度快、功耗低等特点外,更重要的是它的反应完全随机,这意味着即便输入相同的信号,相变神经元每次的输出也会略有不同,符合生物神经元的特性。IBM 研究人员表示,人工神经元之所以出现随机特性,是因为 GST 材料(由锗Ge、锑Sb、碲Te元素组成)的非晶体状态每次重置后会有些许不同,而生物神经元则是因为离子电导、热量、背景噪声等因素导致随机性。

人工神经元是模仿真正的生物神经元建立的。人工神经元没有生物神经元那样完全相同的功能,但是可以通过使用这些神经元实现接近真正大脑一般的运算结果。

IBM 苏黎世研究院研究员、“随机相变神经元”论文的作者之一 Manuel Le Gallo

人造相变神经元由输入端、神经薄膜、信号发生器、输出端组成,它们的作用分别类似生物神经元的树突、双分子层、神经细胞主体和轴突。信号发生器和输入端之间还有反馈回路,用于增强某些类型的输入信号。

不过,真正的在神经元细胞膜由磷脂双分子层组成,而在 IBM 的人造神经元中,神经元细胞膜被替换成为小块的 GST 材料。GST 材料是复写光碟的主要原料,即一种相变材料,在加热、激光或电力的作用下,它能在晶体相和非晶体相间进行转换。处于晶体相和非晶体相时,GST 材料具有的物理特性也不同:非晶相不导电,晶体相则能够导电。这一特质使得 GST 材料能模拟磷脂双分子层的工作方式。

奈奎斯特–香农采样定理

奈奎斯特–香农采样定理又称采样定理,因纪念通讯理论的奠基者之一奈奎斯特(Harry Nyquist)和资讯理论的创始人香农(Claude Shannon)而得名。在数字信号处理领域,采样定理是连续信号(通常称作“模拟信号”)与离散信号(通常称作“数字信号”)之间的一个基本桥梁。它确定了信号带宽的上限,或能捕获连续信号的所有信息的离散采样信号所允许的采样频率的下限。(资料来自维基百科)

来源:ArstechnicaNewsweek

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