|  | 26 декабря 2012 | Электроника и полупроводники

Нейристор - мемристор, демонстрирующий поведение, подобное поведению нейрона

Нейрон


Все элементы современных вычислительных систем построены на базе дискретных ключей, транзисторов, которые могут находиться в двух состояниях, во включенном и в выключенном. Но в мире есть еще один вид вычислителей, с которыми мы хорошо знакомы, это мозг человека и других живых существ, работа которого основана совсем на других принципах, нежели современные компьютеры. Вместо того, чтобы просто включаться или выключаться, отдельные нейроны вырабатывают короткие всплески деятельности, нервные импульсы. И информация, которой оперирует нейрон, кодируется формой и длительностью этого импульса. Различия между этими двумя принципами построения вычислительных систем мешали людям моделировать нейроны, используя возможности вычислительной техники, единственное, чего удалось добиться, так это того, что каждый отдельный нейрон моделировался на уровне программного обеспечения. А о недостатках такого подхода говорить, наверное, излишне.

Но исследователи из лабораторий компании HP нашли способ создания чипа, который будет работать на основе электрических импульсов, которые являются первым и максимальным на нынешний момент приближением к импульсам, вырабатываемым нейронами. Специалисты HP, работавшие в свое время над реализацией мемристоров, выяснили комбинацию мемристора, конденсаторов и других электронных компонентов, которая может вырабатывать электрические импульсы, подобные нервным импульсам, и которые получили название нейристоры. И хотя эти электрические импульсы имеют более простые характеристики, нежели нервные импульсы, используя такой подход можно уже прямо сейчас приступить к созданию кремниевых чипов, содержащих на своем кристалле огромное количество таких нейристоров, и которые могут оперировать более большими количествами информации, чем обычные чипы, работающие на двоичной системе.

Для того, что бы получить подобное нейрону поведение, исследователи взяли за основу упрощенную модель нейрона, основанного на белках, которые являются источником и проводником электрических сигналов. Когда нейрон активируется, натрийсодержащие "каналы" открываются, позволяя ионам перемещаться в нервной клетке, изменяя распределение электрических зарядов внутри самой нервной клетки и на ее поверхности. Реакцией на это становится открытие каналов с другой проводимостью, позволяющим ионам с другой полярностью перемещаться внутри клетки, восстанавливая баланс распределения электрического заряда.

В электронной схеме нейристора исследователи как раз и реализовали два канала с обратной проводимостью. Каждый их этих каналов состоял из конденсатора, работающего параллельно с мемристором, который использовался для разряда накопившегося в конденсаторе электричества. В ответ на электрические импульсы, имеющие амплитуду выше некоторого порогового значения, подающиеся от генератор импульсов или от другого нейристора, сделанная электрическая цепь вырабатывала "всплески активности", весьма напоминающие нервные импульсы, вырабатываемые настоящими нейронами.

К сожалению, мемристор на основе окиси ниобия NbO2 потребляет для своей работы значительное количество энергии, которое выделяется в виде тепла. Из-за этого пока еще не предоставляется возможны расположить множество нейристоров с большой плотностью на одном кристалле. Но современной науке известны и другие типы мемристоров и резистивных материалов, среди которых можно попытаться найти комбинацию, которая будет потреблять для своей работы малое количество энергии и которую можно будет использовать в традиционных технологиях изготовления полупроводниковых приборов.

И даже, несмотря на то, что полученные импульсы от нейристоров немного не дотягивают по сложности и по информативности до импульсов настоящих нейронов, у приборов и вычислительных устройств на базе нейристоров есть уже прямо сейчас масса всевозможных применений в самых различных областях.




Ключевые слова:
Мемристор, Нейристор, Нейрон, Мозг, Импульс, Информация, Форма, Чип, Энергия

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые выяснили, что активность мозга и его "вычислительная мощность" мог ...
  • Новый инструмент позволяет ученым изучать особенности строения мозга с нано ...
  • Созданы искусственные нейроны, которые в будущем смогут заменить поврежденн ...
  • Искусственные электронные нервные соединения позволяют восстановить работу ...
  • Впервые ученым удалось трансформировать клетки кожи в функционирующие нейро ...




  • 26 декабря 2012 15:40
    #1 Написал: EduardLt

    Публикаций: 0
    Комментариев: 190
    А правда, что отмершие клетки мозга не восстанавливаются ? Если ...ристр усложняется, то повышается вероятность его выхода из строя. Клетки мозга считаются самыми уязвимыми.
        
    28 декабря 2012 00:05
    #2 Написал: kir4eg

    Публикаций: 0
    Комментариев: 20
    Когда уже киборги зашагают по улицам стройными рядами!? Надоело ждать!!!
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.