Чтобы искусственный интеллект стал умнее, он должен быть таким же умным, как одно из простейших существ в животном мире: морской слизняк.
Новое исследование показало, что материал может имитировать самые важные интеллектуальные особенности морского слизняка. Это открытие — шаг к созданию оборудования, которое может помочь сделать ИИ более эффективным и надежным для различных технологий, от беспилотных автомобилей и хирургических роботов до алгоритмов социальных сетей.
Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences , было проведено группой исследователей из Университета Пердью, Университета Рутгерса, Университета Джорджии и Аргоннской национальной лаборатории.
«Изучая морских слизней, нейробиологи обнаружили признаки интеллекта, которые имеют основополагающее значение для выживания любого организма», — сказал Шрирам Раманатан, профессор материаловедения Purdue. «Мы хотим воспользоваться этим зрелым интеллектом животных, чтобы ускорить развитие ИИ».
Два основных признака интеллекта, которые нейробиологи извлекли из морских слизней, — это привыкание и сенсибилизация. Привыкание — это привыкание к стимулу с течением времени, например, отключение шума при ежедневной поездке на работу по одному и тому же маршруту. Сенсибилизация — это противоположное явление — это сильная реакция на новый стимул, например, отказ от плохой еды в ресторане.
ИИ действительно тяжело учится и хранит новую информацию, не перезаписывая информацию, которую он уже изучил и сохранил, — проблему, которую исследователи, изучающие вычисления на основе мозга, называют «дилеммой стабильности-пластичности». Привыкание позволяет ИИ «забывать» ненужную информацию (достигая большей стабильности), в то время как сенсибилизация может помочь в сохранении новой и важной информации (обеспечивая пластичность).
В этом исследовании исследователи нашли способ продемонстрировать как привыкание, так и сенсибилизацию в оксиде никеля , квантовом материале. Материал называется «квантовым», потому что его свойства не могут быть объяснены классической физикой.
«Мы в основном имитировали эксперименты, проведенные с морскими слизнями в квантовых материалах, чтобы понять, как эти материалы могут представлять интерес для ИИ», — сказал Раманатан.
Исследования в области нейробиологии показали, что морской слизняк демонстрирует привыкание, когда он перестает вытаскивать жабры в ответ на постукивание по сифону. Но удар электрическим током по его хвосту заставляет его жабры втягиваться гораздо сильнее, показывая сенсибилизацию.
Для оксида никеля эквивалентом «удаления жабр» является повышенное изменение электрического сопротивления . Исследователи обнаружили, что многократное воздействие на материал газообразного водорода вызывает уменьшение электрического сопротивления оксида никеля со временем, но введение нового стимула, такого как озон, значительно увеличивает изменение электрического сопротивления.
Вдохновленная этими выводами, исследовательская группа под руководством Каушика Роя, заслуженного профессора электротехники и вычислительной техники Эдварда Г. Тидеманна-младшего из Purdue, смоделировала поведение оксида никеля и построила алгоритм, который успешно использовал эти стратегии привыкания и сенсибилизации для классификации точек данных в кластеры.
«Дилемма стабильности-пластичности вообще не решена. Но мы показали способ решения этой проблемы на основе поведения, которое мы наблюдали в квантовом материале», — сказал Рой. «Если бы мы могли в будущем превратить такой обучающий материал в оборудование, то ИИ мог бы выполнять задачи намного эффективнее».
Для практического использования квантовых материалов в качестве оборудования искусственного интеллекта исследователям необходимо выяснить, как применить привыкание и сенсибилизацию в крупномасштабных системах. Им также необходимо будет определить, как материал может реагировать на стимулы, будучи интегрированным в компьютерный чип.
По словам исследователей, это исследование является отправной точкой для следующих шагов. В дополнение к экспериментам, проведенным в Purdue, команда из Университета Рутгерса выполнила подробные теоретические расчеты, чтобы понять, что происходит в оксиде никеля на микроскопическом уровне, чтобы имитировать интеллектуальные особенности морского слизня . Аргоннская национальная лаборатория охарактеризовала свойства образца оксида никеля, а Университет Джорджии измерил проводимость для дальнейшего анализа поведения материала.