Использование активных микрочастиц для искусственного интеллекта

Искусственный интеллект, использующий нейронные сети, выполняет вычисления в цифровом виде с помощью микроэлектронных чипов. Физики Лейпцигского университета создали тип нейронной сети, которая работает не с электричеством, а с так называемыми активными коллоидными частицами. В своей публикации в Nature Communications исследователи описывают, как эти микрочастицы можно использовать в качестве физической системы для искусственного интеллекта и прогнозирования временных рядов.

"Наша нейронная сеть относится к области физических резервуарных вычислений, которые используют динамику физических процессов, таких как модели поверхности воды, бактерий или щупалец осьминога, для выполнения вычислений", - говорит профессор Фрэнк Чичос, чья исследовательская группа разработала сеть при поддержке ScaDS.AI.

"В нашей реализации мы используем синтетические самодвижущиеся частицы размером всего в несколько микрометров", - объясняет Чичос. "Мы показываем, что их можно использовать для расчетов, и в то же время представляем метод, который подавляет влияние разрушающих эффектов, таких как шум, на движение коллоидных частиц". Коллоидные частицы - это частицы, которые тонко диспергированы в своей дисперсионной среде (твердой, газообразной или жидкой).

Для своих экспериментов физики разработали крошечные устройства из пластика и наночастиц золота, в которых одна частица вращается вокруг другой, приводимой в движение лазером. Эти устройства обладают определенными физическими свойствами, которые делают их интересными для резервуарных вычислений.

"Каждый из этих блоков может обрабатывать информацию, и многие блоки составляют так называемый резервуар. Мы изменяем вращательное движение частиц в резервуаре, используя входной сигнал. Результирующее вращение содержит результат вычисления", - объясняет доктор Сянцзун Ван. "Как и многие нейронные сети, систему необходимо обучить выполнять определенные 

Ученых особенно интересовал шум. "Поскольку наша система содержит чрезвычайно мелкие частицы в воде, резервуар подвергается сильному шуму, аналогичному шуму, которому подвержены все молекулы в мозге", - говорит Чичос.

"Этот шум, броуновское движение, серьезно нарушает работу накопительного компьютера, и для его устранения обычно требуется очень большой накопитель. В нашей работе мы обнаружили, что использование прошлых состояний резервуара может повысить производительность компьютера, позволяя использовать резервуары меньшего размера для определенных вычислений в условиях шума."

Чичос добавляет, что это не только внесло вклад в область обработки информации с использованием активного вещества, но также привело к созданию метода, который может оптимизировать вычисления резервуаров за счет снижения шума.

https://phys.org/news/2024-01-microparticles-artificial-intelligence.html

06.04.2024 | Категория: Роботы