На подходе — искусственный разум
Смогут ли физики приблизить будущее, где мы будем управлять компьютером силой воли, летать на парящих автомобилях, использовать трехмерные видеозвонки, работать на квантовых компьютерах и эксплуатировать токамаки — источники чистой и дешевой энергии? Ответ: да!
Электронный мозг
Устройства, похожие на компьютеры, человечество пыталось создать много сотен лет назад. В начале XX века вблизи острова Антикитера водолазы подняли со дна моря механизм, состоящий из 30 бронзовых шестерен, помещенных в деревянный корпус. Это был Антикитерский механизм, собранный во II веке до нашей эры. С помощью этого механизма древние ученые предсказывали движения светил и делали астрологические прогнозы.
Словосочетание «искусственный интеллект» появилось в 1956 году. Сегодня всем понятно сокращение «ИИ», и искусственный интеллект помогает во многих сферах жизни: финансовой, промышленной, транспортной, образовательной, даже в сфере искусства.
ИИ работает в бинарной логике, и его развитие ограничено. Двоичная логика — универсальный инструмент размышления и вывода знаний. Строится она на двух утверждениях: истина — логическая единица; ложь — логический ноль. Такая система хорошо ложится на вычисления, но человеческий мозг намного сложнее. Поэтому ИИ плохо справляется с простейшими аспектами человеческого поведения вроде принятия решений в условиях неопределенности, неполноты знания, неточности измерений и так далее.
А сможет ли ИИ думать самостоятельно? Российские ученые из Южного федерального университета работают над проектом, результаты которого позволят развить новые материалы и конструкторские решения для воплощения «в железе» принципов действия систем ИИ, схожих с биологическими нейронными сетями. Электронные устройства, повторяющие принципы работы мозга человека — нейроэлектроника — нужны для снижения издержек в решении задач ИИ. Кремниевому мозгу тесно в рамках двоичной логики, хотя даже со всеми аппаратными ограничениями уже сейчас удалось достигнуть потрясающих успехов. Как далеко шагнет развитие нейроморфных вычислений, если они будут выполняться на компонентах, в полной мере повторяющих основные свойства тех кирпичиков, из которых состоит человеческий мозг — нейронов?
Проект планируется завершить в 2025 году. Его конечной целью станет создание технологии изготовления масштабируемых нейроэлектронных компонентов для искусственного интеллекта.
«Наши разработки найдут применение в первую очередь в робототехнических системах, поскольку это позволит им не просто собирать, но и на лету анализировать поступающую информацию и автономно принимать решения. Везде, где появилась возможность внедрения систем искусственного интеллекта, есть место и для нейроморфной электроники как элементной базы для работы этих систем»,— уверен руководитель лаборатории «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» Владимир Смирнов.
В вузе уверены, что реализация проекта позволит внедрить новый опыт и передовые научные результаты в образовательный процесс и готовить кадры для микроэлектронной промышленности.
«Безэлектронные» устройства
Электронные приборы работают на полупроводниковых, чаще всего кремниевых, материалах. Для передачи, обработки и хранения информации они используют электроны (электрический ток). Однако из-за применения электричества в вычислительных устройствах, например, компьютерах, элементах памяти, процессорах и т. д., выделяется тепло. Оно перегревает кремниевые элементы, которые при очень высоких температурах теряют свои полупроводниковые свойства: выходят из строя.
Одна из задач современной электроники — создать новые физические принципы, технологии и класс материалов и устройств, которые были бы более производительными, энергоэффективными и компактными, чем кремниевые.
Здесь ученым приходит на помощь магноника — наука, изучающая свойства спиновых волн и магнонов. Магнитные материалы — железо, кобальт, никель, некоторые сплавы и соединения марганца, хрома и т. д.— выступают средой для возникновения спиновых волн (по аналогии с электромагнитными волнами), а частицами этих волн являются магноны.