Ученые ННГУ создали электронную систему, имитирующую работу нейронов
Сотрудники лаборатории стохастических мультистабильных систем нижегородского Университета Лобачевского (ННГУ) разработали электронную систему, которая частично воспроизводит принципы взаимодействия нейронов в биологических нервных сетях. Разработка может применяться в робототехнике и биомедицинских технологиях при создании нейропротезов и систем нейрореабилитации, сообщили в пресс-службе вуза.
Научный сотрудник лаборатории мемристорной наноэлектроники НОЦ «Физика твердотельных наноструктур» Иван Кипелкин рассказал, что разработка может быть использована при создании энергоэффективных нейроморфных систем. В отличие от обычных вычислительных систем такие устройства обрабатывают сигналы за счет взаимодействия искусственных нейронов и изменения связей между ними. В перспективе подобные системы могут применяться для обработки сигналов от датчиков, распознавания изменяющихся сигналов и образов, а также в робототехнике и системах автоматического управления.
Отдельное направление связано с биомедицинскими технологиями. Принципы синхронизации искусственных нейронов могут быть полезны при анализе биологических сигналов, например электрической активности нервной системы. В дальнейшем такие подходы могут представлять интерес для нейроинтерфейсов, нейропротезов и систем нейрореабилитации.
Разработка представляет собой электронную систему из двух искусственных нейронов, соединенных мемристором. Первый нейрон генерирует электрические импульсы и передает их второму. Мемристор выполняет роль искусственного синапса. При определенных условиях второй нейрон начинает подстраивать ритм своей работы под первый, что приводит к синхронизации. В ходе экспериментов ученые получили несколько режимов такой синхронизации, например нейроны работали в одном ритме или с разным соотношением частот.
Также ученые показали, как изменение сопротивления мемристора влияет на взаимодействие двух электронных нейронов. Экспериментально было получено несколько режимов синхронизации, что подтвердило возможность использования мемристоров в качестве адаптивных искусственных синапсов.
Директор НОЦ «Физика твердотельных наноструктур» Алексей Михайлов отметил, что разработка отличается комплексным подходом: мемристивное устройство физически изготовлено и экспериментально исследовано, его параметры перенесены в математическую модель, а предсказанные динамические режимы проверены на реальной электронной системе.
Работа выполнялась по нескольким научным направлениям ННГУ, объединенным программой «Приоритет-2030». Экспериментальная часть и аппаратная реализация выполнены учеными ННГУ по программе Национального центра физики и математики «Искусственный интеллект и большие данные». Компьютерное моделирование поддержано Российским научным фондом.
Ректор Университета Лобачевского Олег Трофимов отметил, что такие разработки станут основой для создания нового поколения энергоэффективных нейроморфных устройств, востребованных в робототехнике, биомедицине и системах искусственного интеллекта.