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在水中进行神经网站计算的离子电路问世

受大脑处理信息方式启发

在水中进行神经网络计算的(de)离子电路问世

科技(keji)日报北京9月30日电 (记者张梦然)美国哈佛大学工程与应用科学学院 (SEAS)团队(tuandui)(dui)与生物技术初创公司(gongsi)(gongsi)DNA Script合作,开发出一种由数百个离子晶体管组成的(de)离子电路,并执行了神经网络计算的(de)核心过程。该研究发表在最近的(de)《先进材料》上。

智能手机、计算机和数据中心中的(de)微处理器通过固体半导体操纵电子来处理信息,但人(ren)类大脑有一个不同的(de)系统,其依靠操纵液体中的(de)离子来处理信息。

受大脑的(de)启发,研究人(ren)员长期以来一直在寻求在水溶液中开发“离子”电路 。虽然水中的(de)离子比半导体中的(de)电子移动得慢,但具有不同物化性质的(de)离子可用于更丰富、更多样化的(de)信息处理。

研究人(ren)员首先构建(jian)了一种新型离子晶体管。该晶体管由醌分子的(de)水溶液组成,与两个同心环形电极和一个中心圆盘电极相连,就像一个靶心。

施加在中心圆盘上的(de)电压会引起电化学反应,从而产生从圆盘到水中的(de)离子电流。两个环形电极通过产生和捕获氢离子来调节中心盘周围的(de)局部pH值,从而加快或降低反应速率,也就是(shi)增加或减少离子电流。换句话说,pH控制(门控)圆盘在水溶液中的(de)离子电流,从而产生电子晶体管的(de)离子对(dui)应物。

然后,他(ta)们(men)设(she)计了pH门控离子晶体管,使得圆盘电流是(shi)圆盘电压和代表局部pH门控晶体管的(de)“权重”参数的(de)算术乘积。他(ta)们(men)将这些晶体管组织成16×16阵列,以将单个晶体管的(de)模拟算术乘法扩展为模拟矩阵乘法。

研究人(ren)员称,矩阵乘法是(shi)人(ren)工智能神经网络中最普遍的(de)计算,他(ta)们(men)的(de)离子电路以完全基于电化学机制的(de)模拟方式在水中执行矩阵乘法。虽然该离子电路不能像数字微处理器那样快速或准确,但水中的(de)电化学矩阵乘法本身就很迷人(ren),且具有节能的(de)潜力。

未来,该团队(tuandui)(dui)希望进一步丰富系统的(de)化学复杂性。到目前为止,研究团队(tuandui)(dui)只使用了3—4种离子物质,例如氢和醌离子,来实现水性离子晶体管中的(de)门控和离子传输。他(ta)们(men)计划使用更多样化的(de)离子种类来处理信息内容。

总编辑圈点

人(ren)类大脑给信息科学带来的(de)启发仍在继续。用于人(ren)工智能的(de)深度学习技术就在很大程度上模仿了大脑的(de)信息处理方式。当下,引领人(ren)工智能发展趋势的(de)类脑计算,更离不开对(dui)大脑的(de)借鉴:这种技术从结构上追求设(she)计出像生物神经网络那样的(de)系统,从功能上追求模拟大脑的(de)功能,从性能上追求大幅度超越生物大脑。而上述在水溶液中进行神经网络计算,对(dui)大脑进行模拟的(de)方式堪称另辟蹊径。 【编辑:房家梁】

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李瑞涵 说: 写的真好啊,说出了我的心声
王筠酿 说: 为人民服务
王梓臣 说: 中国强大,永远繁荣
王梓 说: 来生还做中国人
王佳旭 说: 坚决维护党和国家的利益
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