文/陳根
人工智能是關(guān)于人腦的科學(xué)和科技。
事實(shí)上，人腦的本質(zhì)，就是一個(gè)由神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。龐大的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)組成了人腦的基本結(jié)構(gòu)：負(fù)責(zé)處理大部分思維活動(dòng)的大腦、負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的小腦以及連接其中的腦干。
人工智能模擬人腦而誕生，比如，早期淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)為：多個(gè)輸入層“神經(jīng)元”負(fù)責(zé)接收并加工輸入信息，之后它們將信息上傳至數(shù)量較少的輸出層“神經(jīng)元”，經(jīng)過綜合加工后作出決策。于是，通過算法的演進(jìn)，人工智能讓機(jī)器在非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中，綜合記憶與環(huán)境信息，做出自主決策，解決問題。
但另一方面，人腦也是人類最復(fù)雜的器官。在大腦中，神經(jīng)元之間主要通過突觸溝通，突觸的強(qiáng)度（即溝通的效率）可由可塑性機(jī)制調(diào)控。科學(xué)家一直在嘗試開發(fā)像大腦一樣輕巧、節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)的人工智能（AI），但現(xiàn)有的人工突觸仍無法在超低功率下有效模擬大腦的神經(jīng)可塑性。
現(xiàn)在，一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》的研究中，研究人員從人腦中獲得靈感，工程師首次將準(zhǔn)二維電子氣（2DEG）引入了人工神經(jīng)形態(tài)（neuromorphic）系統(tǒng)。
他們開發(fā)了氧化超晶格（oxide superlattice）納米線，讓電子能在納米線提供的二維平面上自由移動(dòng)，從而形成準(zhǔn)2DEG，并以此構(gòu)成了人工突觸。當(dāng)人工突觸暴露在光線下時(shí)，氧化超晶格納米線上的自由電子會(huì)與周圍的氧分子反應(yīng)，從而改變?nèi)斯ね挥|的導(dǎo)電性，模擬了大腦中的突觸可塑性。
特別值得一提的是，每次突觸傳遞事件的能耗低于0.7飛焦耳（fJ），與大腦突觸的能耗幾乎持平。同時(shí)，該人工視覺系統(tǒng)可以同時(shí)以超低功率執(zhí)行光檢測，實(shí)現(xiàn)類腦處理和記憶功能。
此外，由于突觸連接強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化，人工突觸能夠處理數(shù)據(jù)和識別模式，更加健壯、可塑和容錯(cuò)，因此對不確定性信息具有適應(yīng)性。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的所有這些特殊特性使它成為大腦啟發(fā)的技術(shù)應(yīng)用的極大興趣，例如視覺信息處理，其中涉及大量的相互關(guān)聯(lián)的并行數(shù)據(jù)。
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