@ 2021.07.05 , 13:31

纳米线网络使系统处于混沌边缘

研究人员使纳米线网络保持在混沌边缘的状态——这一成就可用于制造人工智能(AI)——就像人类的大脑:再复杂一点就陷入混乱无序,再简化一点则成了无法变通的呆板。

研究人员在纳米线模拟实验里使用了不同强度的电流,试图找到一个平衡点。如果信号太低,网络的输出就不够复杂,没有用处;若信号太高,输出就很乱,也没有用。

"我们发现,如果你把信号推得太慢,网络就会反复做同样的事情,而不会学习和发展。如果我们把它推得太硬、太快,网络就会变得不稳定和不可预测。"悉尼大学的物理学家、该研究的主要作者Joel Hochstetter介绍说。

科学家们报告称,将模拟保持在这两个极端之间产生了最佳网络结果。这些发现表明,可以利用纳米线网络产生各种类似大脑的动态。

"神经科学中的一些理论指出,人类的思维就存在于混沌与秩序的边缘,或者叫做临界状态。"澳大利亚悉尼大学的物理学家Zdenka Kuncic说,"一些神经科学家认为,正是在这种状态下,我们的大脑达到了最大的性能。"

为了进行模拟,需要把10微米长、不超过500纳米宽的线随机排列在二维平面上。人类的头发才大约100000纳米的宽度。

网络承担的功能是将一个简单的波形转化为更复杂的波形,并通过调整电信号的振幅和频率来找到解决问题的最佳状态。

纳米线网络将两个系统合二为一,既管理内存(相当于计算机RAM)又管理操作(相当于计算机CPU)。它们可以记住以前的信号历史,根据以前发生的事情改变其未来的输出,使之成为记忆体。

Hochstetter说:"在线重叠的地方,它们形成一个电化学结,就像神经元之间的突触。”

通常情况下,算法会对网络进行培训,使其试探出最佳路径,但在这种情况下,网络无需算法,自己就行。

"我们发现,通过这个网络的电信号会自动找到传输信息的最佳路线。"Hochstetter说。"而且这种结构允许网络'记住'以前走过的路径。"

这可能意味着能耗大大减少,因为网络最终会使用最有效的过程来训练自己。随着人工智能网络规模的扩大,能够保持它们的精简和尽可能低的功率将是非常重要的任务。

就目前而言,科学家们已经证明,纳米线网络可以在秩序和混乱之间达成最优,就像我们的大脑,这使我们离真·人工智能又近了一步。

Kuncic说:"令人激动的是,它表明这些类型的纳米线网络可以被调整出多样化的、类似于大脑的集体动力学的状态,这可以被用于信息处理优化。”

这项研究已发表在《自然通讯》上。

https://www.sciencealert.com/an-artificial-network-kept-on-the-edge-of-chaos-acts-much-like-a-human-brain


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