學(xué)習(xí)晶體管模仿大腦

人工智能深度學(xué)習(xí)精選機(jī)器學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)NEUROTECH打開神經(jīng)科學(xué)文章機(jī)器人分鐘讀6摘要：研究人員開發(fā)了一種具有學(xué)習(xí)能力的可演化電化學(xué)晶體管。晶體管具有長(zhǎng)期和短期存儲(chǔ)器的能力。研究人員報(bào)告說(shuō)，這項(xiàng)新技術(shù)是利用有機(jī)電子技術(shù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的重要一步。林雪平大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種基于有機(jī)材料的新型晶體管。它具有學(xué)習(xí)的能力，并具有短期和長(zhǎng)期記憶。這項(xiàng)工作是創(chuàng)造模仿人類大腦的技術(shù)的重要一步。

到目前為止，大腦在能夠創(chuàng)建以前沒(méi)有的連接方面是獨(dú)一無(wú)二的。在高級(jí)科學(xué)的一篇科學(xué)文章中，林雪平大學(xué)的研究人員描述了一種能夠在輸入和輸出之間建立新連接的晶體管。他們已經(jīng)將晶體管結(jié)合到一個(gè)電子電路中，該電子電路學(xué)習(xí)如何將某種刺激與輸出信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，就像狗得知正在準(zhǔn)備的食物碗的聲音意味著晚餐即將來(lái)臨一樣。

正常晶體管用作放大或抑制輸出信號(hào)的閥門，具體取決于輸入信號(hào)的特性。在研究人員開發(fā)的有機(jī)電化學(xué)晶體管中，晶體管中的溝道由電聚合的導(dǎo)電聚合物組成。在操作期間，通道可以形成，生長(zhǎng)或收縮，或完全消除。還可以訓(xùn)練它對(duì)特定刺激，某個(gè)輸入信號(hào)作出反應(yīng)，使得晶體管溝道變得更導(dǎo)電并且輸出信號(hào)更大。

“這是第一次在神經(jīng)形態(tài)裝置中實(shí)時(shí)顯示新的電子元件”，諾曼平校區(qū)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室有機(jī)納米電子學(xué)首席研究員西蒙娜法比亞諾說(shuō)。

通過(guò)增加晶體管溝道中材料的聚合度來(lái)生長(zhǎng)溝道，從而增加傳導(dǎo)信號(hào)的聚合物鏈的數(shù)量?；蛘?，可以過(guò)度氧化材料(通過(guò)施加高電壓)并且通道變?yōu)闊o(wú)效。通過(guò)摻雜或去摻雜材料也可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性的暫時(shí)變化。

“我們已經(jīng)證明，我們可以對(duì)晶體管如何處理信息產(chǎn)生短期和永久性的變化，這對(duì)于想要模仿腦細(xì)胞相互通信的方式至關(guān)重要”，有機(jī)納米電子學(xué)博士后詹妮弗·格拉西莫夫說(shuō)。這篇文章的作者之一。

通過(guò)改變輸入信號(hào)，可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)制晶體管響應(yīng)的強(qiáng)度，并且可以在先前不存在的情況下創(chuàng)建連接。這使得晶體管具有與突觸或兩個(gè)腦細(xì)胞之間的通信接口相當(dāng)?shù)男袨椤?/p>

這也是使用有機(jī)電子技術(shù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的重要一步。基于軟件的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目前用于機(jī)器學(xué)習(xí)以實(shí)現(xiàn)所謂的“深度學(xué)習(xí)”。軟件要求信號(hào)在大量節(jié)點(diǎn)之間傳輸以模擬單個(gè)突觸，這需要相當(dāng)大的計(jì)算能力，因此消耗相當(dāng)多的能量。

“我們開發(fā)的硬件使用單一電子元件做同樣的事情”，Jennifer Gerasimov說(shuō)。

Simone Fabiano和Jennifer Gerasimov開發(fā)了一種模擬突觸功能的學(xué)習(xí)晶體管。NeuroscienceNews.com圖片歸功于Thor Balkhed。

“因此，我們的有機(jī)電化學(xué)晶體管可以執(zhí)行數(shù)千個(gè)普通晶體管的工作，能量消耗接近人腦在兩個(gè)細(xì)胞之間傳輸信號(hào)時(shí)所消耗的能量”，Simone Fabiano證實(shí)。

晶體管通道尚未使用有機(jī)電子產(chǎn)品PEDOT中最常用的聚合物構(gòu)建，而是使用由Roger Gabrielsson生產(chǎn)的新開發(fā)單體ETE-S的聚合物，他也在有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室工作。是該文章的作者之一。ETE-S具有幾種獨(dú)特的性質(zhì)，使其非常適合這種應(yīng)用 - 它形成足夠長(zhǎng)的聚合物鏈，是水溶性的，而聚合物形式則不然，并且它產(chǎn)生具有中等摻雜水平的聚合物。聚合物PETE-S以其摻雜形式產(chǎn)生，具有本征負(fù)電荷以平衡正電荷載流子(它是p摻雜的)。