磁鐵可以幫助人工智能更接近人腦效率

近日，普渡大學(xué)(Purdue University)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，利用具有類(lèi)似大腦網(wǎng)絡(luò)的磁學(xué)來(lái)編程和教授設(shè)備，從而更好地描述不同的物體。

普渡大學(xué)的研究人員和腦靈感計(jì)算專(zhuān)家認(rèn)為，提高人工智能效率的部分答案可能在磁鐵中找到。研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，利用具有類(lèi)似大腦網(wǎng)絡(luò)的磁學(xué)，對(duì)個(gè)人機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)人機(jī)等設(shè)備進(jìn)行編程和教學(xué)，以便更好地描述不同的物體。

普渡大學(xué)的愛(ài)德華G蒂德曼Jr.電氣和計(jì)算機(jī)工程杰出教授考?？肆_伊(Kaushik Roy)表示：“我們的隨機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)試圖模擬人類(lèi)大腦的某些活動(dòng)，并通過(guò)神經(jīng)元和突觸的連接進(jìn)行計(jì)算，這使得計(jì)算機(jī)大腦不僅能存儲(chǔ)信息，還能很好地識(shí)別物體，然后做出推斷，更好地區(qū)分物體?！?/p>

羅伊在本月早些時(shí)候于德國(guó)舉行的年度德國(guó)物理科學(xué)會(huì)議上展示了這項(xiàng)技術(shù)。這項(xiàng)研究也發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)前沿》雜志上。

納米磁鐵的開(kāi)關(guān)動(dòng)力學(xué)與神經(jīng)元的電動(dòng)力學(xué)相似。磁性隧道結(jié)器件具有開(kāi)關(guān)特性，具有隨機(jī)性。

隨機(jī)切換行為是神經(jīng)元乙狀體切換行為的代表。這樣的磁性隧道連接也可以用來(lái)存儲(chǔ)突觸的重量。

普渡大學(xué)的研究小組提出了一種新的突觸隨機(jī)訓(xùn)練算法，該算法使用了在大鼠海馬中實(shí)驗(yàn)觀察到的脈沖時(shí)間依賴(lài)性可塑性(STDP)。在學(xué)習(xí)不同對(duì)象表示方法的基礎(chǔ)上，利用磁體固有的隨機(jī)特性隨機(jī)切換磁化狀態(tài)。

訓(xùn)練好的突觸權(quán)值，在納米磁鐵的磁化狀態(tài)下確定編碼，然后在推理過(guò)程中使用。有利的是，使用高能勢(shì)壘磁鐵(30-40KT，其中K為玻爾茲曼常數(shù)，T為工作溫度)不僅允許緊湊的隨機(jī)原語(yǔ)，而且使相同的設(shè)備能夠作為穩(wěn)定的內(nèi)存元素使用，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)保持的要求。然而，為了提高能量效率，用于進(jìn)行乙狀結(jié)腸樣神經(jīng)元計(jì)算的納米磁體的勢(shì)壘高度可以降低到20KT。

“我們開(kāi)發(fā)的磁鐵技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)是它非常節(jié)能，”羅伊說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)著普渡大學(xué)的腦靈感計(jì)算中心，使自主智能成為可能?！拔覀儎?chuàng)造了一個(gè)更簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，它代表神經(jīng)元和突觸，同時(shí)壓縮執(zhí)行類(lèi)似大腦計(jì)算功能所需的記憶和能量?！?/p>

羅伊說(shuō)，類(lèi)似大腦的網(wǎng)絡(luò)在解決難題方面還有其他用途，包括組合優(yōu)化問(wèn)題，如旅行商問(wèn)題和圖著色。提出的隨機(jī)器件可以作為“自然退火器”，幫助算法擺脫局部極小值。

他們的工作與普渡大學(xué)的巨大飛躍慶?；顒?dòng)相一致，作為普渡大學(xué)150周年紀(jì)念活動(dòng)的一部分，他們承認(rèn)該大學(xué)在人工智能方面的全球進(jìn)步。這是為期一年的普渡大學(xué)創(chuàng)意節(jié)的四個(gè)主題之一，旨在展示普渡大學(xué)作為一個(gè)解決現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的智力中心。

Roy與普渡大學(xué)研究基金會(huì)技術(shù)商業(yè)化辦公室合作，研究專(zhuān)利技術(shù)，為C-BRIC的一些研究提供基矗他們正在尋找合作伙伴來(lái)授權(quán)這項(xiàng)技術(shù)。