Розроблений перший транзистор, здатний до самонавчання в процесі роботи
Проводячи дослідження, результатом яких може стати абсолютно новий підхід до реалізації штучного інтелекту, дослідники з Школи технічних і прикладних наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) Гарвардського університету розробили новий тип транзистора, транзистора, здатної до самонавчання в процесі його роботи, що робить його подібним нервового синапсу. Назване синаптичним транзистором, це пристрій самооптимизирует свої електричні та електронні характеристики у відповідності з функціями, які воно виконувало в минулому.
Одна із найбільш примітних рис мозку людини або іншого високоорганізованого живої істоти полягає в самоосвіті, в запам'ятовуванні того, що це робить. Якщо людину змусити виконувати абсолютно нову для нього роботу, то в перший день він буде діяти безладно і постійно здійснювати помилки. Але, через тиждень або дві ця людина буде виконувати всю роботу на "автопілоті", виконуючи весь ряд дій, зовсім не замислюючись над цим. Все це відбувається завдяки пластичності мозку, здатності мозку динамічно перебудовувати свою структуру, утворюючи нові синаптичні зв'язки між нейронами або "перепрофилируя" вже існуючі зв'язки.
Велика частина пластичності мозку є наслідком змін приблизно в 100 трильйонів синапсів, які являють собою взаємозв'язку між нервовими клітинами мозку. При виконанні людиною одноманітних дій, синаптичні зв'язки, які відповідають за цю діяльність, міцніють і їх кількість збільшується, що призводить до появи цілих "доріг" з синапсів, що з'єднують певні ділянки мозку.
Коли певний нейрон раз за разом посилає іншого нейрона через синапс певний сигнал, то цей синапс через деякий час перебудовує свою структуру таким чином, щоб посилити цей вид переданого їм сигналу. Синаптична транзистор, створений гарвардскими вченими, наслідує такої поведінки синапсу. Для цього транзистор має особливу структуру, яка багато в чому повторює структуру звичайного польового транзистора за винятком невеликої кількості спеціальної іонної рідини, що знаходиться в проміжку між ізольованим затвором транзистора і його провідним каналом. Канал синаптичного транзистора виготовлений з никелата самарія (SmNiO3), а не з легованого кремнію, як у звичайних польових транзисторів.
На жаль, за рахунок наявності функції самонавчання синаптична транзистор має більш низьку швидкість реакції, ніж польовий транзистор. Під реакцією тут мається на увазі зміна сили електричного струму, поточного через канал транзистора, у відповідь на зміну електричного потенціалу на керуючому електроді, затворі. За рахунок наявності іонної рідини транзистор може запам'ятати те, що він робив у минулому і відкоригувати провідність його каналу, що досягається за рахунок переміщення іонів кисню, насичуючих матеріал каналу транзистора.
Електричним аналогом "зміцнення" синапсу є збільшення електричної провідності каналу синаптичного транзистора. І при зміні роду виконуваних транзистором функцій, точніше, при зміні характеристик проходять через нього сигналів може виникнути і зворотна ситуація, коли провідність каналу транзистора буде зменшена за рахунок відтоку іонів кисню тому в іонну рідину.
Слід зазначити, що синаптична транзистор призначений для роботи з безперервними аналоговими сигналами, а не переривчастими цифровими даними, з обробкою яких досить добре справляються прості польові транзистори. Така здатність дає синаптичним транзисторів, які є одним з видів штучних синапсів, велику гнучкість у самостійному попередньому пошуку методів розв'язання певної задачі і надалі поліпшення своєї роботи з вирішення цієї ж задачі.
На жаль, фізична структура гарвардського синаптичного транзистора не може забезпечити належного самостійного управління значенням провідності його каналу. Тому для створення необхідних тимчасових затримок і формування імпульсів потрібної форми, які забезпечують перенесення іонів кисню, що використовуються нескладні зовнішні електронні ланцюги. Тим не менш, це не є перешкодою до створення на основі синаптичних транзисторів складних схем за типом нейронних мереж, які будуть здатні самостійно виробити особливий вид реакції на певні значення вхідних сигналів, і виробити цю реакцію не за заздалегідь закладеної в структурі мережі програмою, а на підставі досвіду, набутого в ході виконання інших завдань.
Нові синаптичні транзистори можуть стати точкою відліку, з якої почнеться розробка систем штучного інтелекту, нового покоління, побудованого не на "розумних" алгоритмах програмного забезпечення, а "зашитого" в самій архітектурі комп'ютера. З іншої точки зору, схеми, зібрані з мільйонів крихітних синаптичних транзисторів зможуть перевести технології паралелізму обчислень на якісно новий рівень ефективності.