Китайские ученые сделали шаг к созданию энергоэффективных систем искусственного интеллекта: они разработали полностью оптический искусственный синапс — устройство, работающее исключительно за счет света. В отличие от традиционных систем, где данные перемещаются между памятью и процессором с использованием электрических сигналов, новая технология опирается на оптические сигналы на всех этапах — это может снизить энергопотребление и ускорить обработку информации.
В основе устройства — кристалл, легированный редкоземельными элементами. При освещении он испускает постоянное послесвечение и способен хранить оптическую информацию в виде захваченных носителей заряда. Особенности материала позволяют имитировать работу биологических синапсов: реакция на сигнал зависит от предыстории воздействия света.
Эксперименты показали две ключевые функции, схожие с работой мозга. При облучении ультрафиолетом второй световой импульс дает более сильный отклик, если следует сразу за первым (фасилитация парных импульсов). При воздействии ближнего инфракрасного света наблюдается обратный эффект — депрессия при парных импульсах: первый импульс высвобождает захваченные носители заряда, из‑за чего реакция на второй импульс ослабевает.
Такое поведение, зависящее от предыстории, лежит в основе кратковременной синаптической пластичности в мозге и воспроизводится здесь без какого‑либо электрического контроля
Для проверки практического применения ученые объединили оптический синапс со стандартным кремниевым датчиком изображения и создали прототип нейроморфной камеры. В ней светочувствительный слой обрабатывает изображения по мере их получения: сильные сигналы сохраняются дольше, слабые и шумы исчезают быстрее. Это позволяет повышать контрастность и снижать уровень шума прямо на датчике.
Моделирование нейронной сети на основе характеристик оптического синапса показало впечатляющие результаты: точность классификации рукописных цифр после шумоподавления достигла 95,99% — против 78% без встроенного шумоподавления.
Авторы считают, что скорость и энергопотребление можно улучшить за счет уменьшения размеров устройства и изменения свойств материала. Технология перспективна для обработки визуальной информации, робототехники и периферийных устройств с ограниченными ресурсами. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Photonics.
Ранее Наука Mail рассказывала, что раскрыт путь убивающих мозг белков при болезни Альцгеймера.
