Алексей Бутырин (bootsector) wrote,
Алексей Бутырин
bootsector

Categories:

Нейросеть, застывшая в стекле

Как вы знаете, я уже больше года работаю научным консультантом в Политехническом музее. В мои обязанности помимо всего прочего входит изучение научных новостей в своей области. Каждые две недели я выбираю наиболее любопытную новость и делаю короткий доклад на внутримузейном научном семинаре. Некоторое время назад мне пришло в голову оформить один из своих докладов в виде поста в сети, и, кажется, идея была удачной. Так что теперь я буду периодически публиковать и здесь что-нибудь интересное, что попалось мне среди публикаций в научных журналах.

Итак, нейросеть в стекле. Нет, это не безделушка из серии «муха в янтаре», которыми завалены все сувенирные ларьки Калининграда. Группе учёных из университета Висконсина, Массачусетского технологического и Колумбийского университетов удалось реализовать искусственную нейронную сеть, распознающую цифры, в виде микроскопической стеклянной пластинки. Для работы ей не требуется ни электропитание, ни подключение к каким-либо другим устройствам — фактически это автономный аналоговый компьютер, который будет работать до тех пор, пока сохраняется его целостность.

Искусственные нейросети состоят из множества синтетических нейронов, которые активируются, если совокупная величина сигналов на их входах превышает некое пороговое значение. Нейроны соединены между собой связями, имеющими определённые весовые коэффициенты (т. е. вклад одних сигналов в срабатывание функции активации — больше, а других — меньше).

Чтобы создать аналогичную структуру в стекле, в него добавили инородные включения — частицы графена и пузырьки воздуха. Расположение и форма этих включений соответствуют функциям активации и весовым коэффициентам связей. Так, графен — материал с нелинейными оптическими свойствами — начинает пропускать свет только после того, как его интенсивность достигает определённой величины, а до этого остаётся непрозрачным.


Нейросеть изначально была обучена на компьютере и лишь затем воплощена в стекле. Но учёные отмечают, что есть технологии, позволяющие реализовать обучение прямо на месте, за счёт использования оптических материалов с изменяемыми свойствами.

Для подачи на вход нейросети двухмерное изображение рукописной цифры размером 20 × 20 пикселей заменяют на одномерное (фактически колонки пикселей выстраивают в линию). Включения в стекле преобразуют фронт световой волны таким образом, что энергия концентрируется в одной из десяти областей, соответствующих цифрам.

Нейросеть, обученная на пяти тысячах изображений, корректно распознаёт цифры в 79 случаях из 100. Авторы статьи утверждают, что могли бы добиться лучшего результата, если бы не ограничения, связанные с процессом изготовления стекла.


Физический размер пластинки — 80λ на 20λ, где λ — длина волны света, используемой для представления информации. Теоретически на распространение волны может влиять каждый атом, хотя на практике вряд ли удастся использовать включения размером меньше 10 нм. Но даже при таком масштабе потенциальное количество весов превышает 10 миллиардов на квадратный миллиметр.

Учёные предполагают, что быстрые и миниатюрные нейросетевые вычислители, которым для работы достаточно света, могут быть использованы в «широком спектре информационных устройств». Учитывая, что исследование финансировалось DARPA, нельзя исключать и военное применение технологии.

Источник
Tags: наука и техника
Subscribe

  • Привет из 1993 года

    Для одной ретро-сборки мне понадобилось реанимировать дисковод для дискет 5,25". Если 3,5-дюймовыми флоппиками я в своей жизни пользовался много…

  • Подопытный кролик с фотоаппаратом

    Поскольку я тут недавно привился от коронавируса (вакциной «Спутник-Фау», как назвал её один дядька из поликлиники — видимо, в…

  • Первый раз в рабочий класс

    Вчера у меня, оказывается, была знаменательная дата. Ровно 15 лет назад я получил свою первую зарплату на своей первой работе. Удивительно, но чек…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 5 comments