Home » Lumea digitală » Neuronul artificial bazat pe laser imită funcțiile celulelor nervoase cu o viteză incredibilă

Neuronul artificial bazat pe laser imită funcțiile celulelor nervoase cu o viteză incredibilă

Publicat: 25.12.2024

Cercetătorii au dezvoltat neuronul artificial bazat pe laser, capabil să emuleze complet funcțiile, dinamica și procesarea informațiilor ale unui neuron biologic.

Cu o viteză de procesare a semnalelor de 10 GBaud (de un miliard de ori mai rapid decât omologii săi biologici) neuronul artificial bazat pe laser ar putea revoluționa domenii precum Inteligența Artificială și alte tipuri de calcul avansat.

Corpul uman conține diverse tipuri de celule nervoase, printre care și neuroni gradați, care codifică informația prin schimbări continue ale potențialului de membrană, permițând procesarea subtilă și precisă a semnalelor. În contrast, neuronii biologici cu impulsuri transmit informația folosind potențiale de acțiune „totul sau nimic”, creând o formă mai binară de comunicare.

Neuronul artificial bazat pe laser depășește tipurile de neuroni artificiali existente

„Neuronul nostru gradat bazat pe laser depășește limitările de viteză ale versiunilor fotonice actuale ale neuronilor cu impulsuri și are potențialul de a opera și mai rapid. Profitând de dinamica sa neliniară asemănătoare neuronilor biologici și de procesarea rapidă, am construit un sistem de calcul de tip rezervor, care demonstrează performanțe excepționale în sarcini de AI, precum recunoașterea tiparelor și predicția secvențelor”, a declarat Chaoran Huang, lidera echipei de cercetare de la Universitatea Chineză din Hong Kong.

În jurnalul Optica, cercetătorii raportează că neuronul lor gradat bazat pe laser cu puncte cuantice montat pe cip poate atinge o viteză de procesare a semnalului de 10 GBaud. Această viteză a fost utilizată pentru a procesa date din 100 de milioane de bătăi cardiace sau 34,7 milioane de imagini digitale scrise de mână într-o singură secundă.

„Tehnologia noastră ar putea accelera luarea deciziilor bazate pe AI în aplicații critice din punct de vedere al timpului, menținând în același timp o acuratețe ridicată. Sperăm că integrarea tehnologiei noastre în dispozitive de calcul de tip edge (care procesează date aproape de sursa lor) va duce la sisteme AI mai rapide și mai inteligente, reducând în același timp consumul de energie în viitor”, a adăugat Huang.

Cum funcționează noua invenție?

Neuronul artificial bazat pe laser, care poate răspunde la semnale de intrare într-un mod ce imită comportamentul neuronilor biologici, este explorat drept modalitate de a îmbunătăți semnificativ calculul datorită vitezei ultrarapide de procesare a datelor și a consumului redus de energie. Cu toate acestea, majoritatea neuronilor de acest tip dezvoltați până în prezent sunt neuroni fotonici cu impulsuri, care au viteze limitate de răspuns, pot suferi pierderi de informații și necesită surse suplimentare de laser și modulatoare. Limitarea de viteză a neuronilor fotonici cu impulsuri provine din faptul că aceștia funcționează, de obicei, prin injectarea de impulsuri de intrare în secțiunea de amplificare a laserului, ceea ce creează o întârziere.

Pentru neuronul gradat bazat pe laser, cercetătorii au folosit o abordare diferită, injectând semnale radio de frecvență înaltă în secțiunea de absorbție saturabilă a laserului cu puncte cuantice, evitând astfel această întârziere. De asemenea, au proiectat paduri de radiofrecvență de mare viteză pentru secțiunea de absorbție saturabilă, creând un sistem mai rapid, mai simplu și mai eficient energetic, scrie Tech Xplore.

„Cu efecte puternice de memorie și capacități excelente de procesare a informațiilor, un singur neuron gradat bazat pe laser poate funcționa ca o mică rețea neurală. Astfel, chiar și un singur neuron gradat bazat pe laser, fără conexiuni complexe suplimentare, poate efectua sarcini de învățare automată cu performanțe ridicate”, a explicat Huang.

Neuronul artificial bazat pe laser ar putea avea numeroase aplicații

Pentru a demonstra capacitățile neuronului gradat bazat pe laser, cercetătorii l-au utilizat pentru a construi un sistem de calcul de tip rezervor. Această metodă de calcul folosește un tip special de rețea, cunoscută sub numele de rezervor, pentru a procesa date dependente de timp, cum ar fi cele utilizate în recunoașterea vorbirii și prognoza meteo. Dinamica neliniară asemănătoare neuronilor și viteza mare de procesare fac neuronul gradat bazat pe laser ideal pentru calculul de tip rezervor la viteză înaltă.

În teste, sistemul de calcul de tip rezervor a demonstrat performanțe excelente în recunoașterea tiparelor și predicția secvențelor, în special predicțiile pe termen lung, în diverse aplicații AI cu o viteză mare de procesare. De exemplu, a procesat 100 de milioane de bătăi cardiace pe secundă și a detectat tipare aritmice cu o acuratețe medie de 98,4%.

„În acest studiu, am utilizat un singur neuron gradat bazat pe laser, dar credem că utilizarea mai multor astfel de neuroni conectați în cascadă le va debloca potențialul, la fel cum creierul utilizează miliarde de neuroni care lucrează împreună în rețele”, a spus Huang.

„Lucrăm pentru a îmbunătăți viteza de procesare a neuronului nostru gradat bazat pe laser și, în același timp, dezvoltăm o arhitectură de calcul de tip rezervor profund care să încorporeze neuroni gradați conectați în cascadă”, a încheiat cercetătoarea.

Vă recomandăm să citiți și:

Test de cultură generală. Care este diferența dintre emoji și emoticoane?

Jocul Pokemon Go a colectat în secret date de la utilizatori, dar cu ce scop?

„Stocarea cuantică” este mai aproape de realitate după ce oamenii de știință au rezolvat o problemă veche de 10 ani

Test de cultură generală. Care este diferența dintre Deep Web și Dark Web?

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Americanii de vârstă mijlocie sunt mai singuri decât adulții din alte țări și din alte grupe de vârstă
Americanii de vârstă mijlocie sunt mai singuri decât adulții din alte țări și din alte grupe de vârstă
Cum poate postul intermitent să se transforme într-un pericol pentru sănătate?
Cum poate postul intermitent să se transforme într-un pericol pentru sănătate?
Test de cultură generală. Ce mănâncă moliile?
Test de cultură generală. Ce mănâncă moliile?
Cercetătorii au descoperit de ce ploile de meteori sunt atât de imprevizibile
Cercetătorii au descoperit de ce ploile de meteori sunt atât de imprevizibile
Dezertare în masă în Rusia. Câți soldați au reușit să fugă?
Dezertare în masă în Rusia. Câți soldați au reușit să fugă?
Cel mai bătrân astronaut american a revenit pe Pământ după 220 de zile în spațiu
Cel mai bătrân astronaut american a revenit pe Pământ după 220 de zile în spațiu
China avertizează țările care vor să încheie acorduri cu SUA: „Vom lua contramăsuri”
China avertizează țările care vor să încheie acorduri cu SUA: „Vom lua contramăsuri”
Astăzi se împlinesc 121 ani de la naşterea omului care a dat lumii bomba atomică. Cinci inventatori care au ajuns să-şi regrete creaţiile
Astăzi se împlinesc 121 ani de la naşterea omului care a dat lumii bomba atomică. Cinci inventatori care au ajuns să-şi ...
Meteorologii au anunțat cum va fi vremea de 1 Mai
Meteorologii au anunțat cum va fi vremea de 1 Mai
Trei zile de doliu național în Portugalia după moartea Papei Francisc
Trei zile de doliu național în Portugalia după moartea Papei Francisc
Dacă tratăm hipertensiunea arterială, reducem și riscul de demență, au descoperit cercetătorii
Dacă tratăm hipertensiunea arterială, reducem și riscul de demență, au descoperit cercetătorii
Când va fi înmormântat Papa Francisc?
Când va fi înmormântat Papa Francisc?
Rămășițele unor picturi murale romane antice au fost scoase la lumină în Spania
Rămășițele unor picturi murale romane antice au fost scoase la lumină în Spania
A existat vreodată viață pe Marte? O descoperire recentă ne aduce mai aproape de un răspuns
A existat vreodată viață pe Marte? O descoperire recentă ne aduce mai aproape de un răspuns
Rocile străvechi dezvăluie cum a modelat apa prima crustă continentală a Pământului
Rocile străvechi dezvăluie cum a modelat apa prima crustă continentală a Pământului
Arheologii au elucidat misterul „Castelului Părăsit” din Austria
Arheologii au elucidat misterul „Castelului Părăsit” din Austria
Îngrășămintele cu azot ar putea favoriza producția de polen care provoacă alergii
Îngrășămintele cu azot ar putea favoriza producția de polen care provoacă alergii
15 fapte mai puțin cunoscute despre Papa Francisc. A fost bodyguard, ar fi botezat extratereștrii, se deghiza și ieșea noaptea pe străzi
15 fapte mai puțin cunoscute despre Papa Francisc. A fost bodyguard, ar fi botezat extratereștrii, se deghiza și ieșea ...