Sound Waves Give Neuromorphic Chips an Edge in Mimicking the Brain

Исследователи из Университета Аризоны разработали акустический синапс, использующий звуковые волны для имитации работы биологических нейронов. Устройство состоит из трёх алюминиевых стержней длиной около 60 см и шириной 1,25 см, соединённых эпоксидным клеем; ультразвуковые передатчики и датчики прикреплены к концам стержней с помощью тонкого слоя мёда. В основе работы лежат фазовые биты (phi-bits), которые позволяют кодировать несколько значений в фазе звуковой волны и выполнять параллельные вычисления, аналогичные квантовым, хотя это не квантовые вычисления, а их классические аналоги. Регулируя фазу phi-bits, учёные смогли имитировать свойство синаптической пластичности — способность биологических синапсов усиливаться или ослабляться со временем. В эксперименте по классификации 150 цветов ирисов на три вида акустическое устройство, представляющее один симулированный синапс, достигло точности 96,7% всего с 39 параметрами и достигло пиковой точности на 20% быстрее, чем многослойный перцептрон (MLP). Для сравнения: MLP потребовалось бы 9 нейронов и больше параметров для сопоставимой точности. Исследователи подсчитали, что новое устройство потребляет не более одной десятой мощности современных электронных нейроморфных решений. Кроме того, добавление всего одного дополнительного стержня позволило системе имитировать действие нейромодуляторов, таких как дофамин или серотонин, что обычно требует значительно более сложных конструкций в электронных нейроморфных системах. Результаты опубликованы 12 июня в журнале Science Advances.