Ein internationales Team von Forschern hat eine neue Hardware für neuromorphes Computing entwickelt, die auf dem menschlichen Auge basiert. Das Ziel dieser Innovation ist es, künstliche Intelligenz kompakter und effizienter zu machen. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Das menschliche Gehirn verarbeitet Informationen von Sinnesorganen wie Licht oder Geruch, indem es Signale über Neuronen weiterleitet. Die Verbindung zwischen den Neuronen erfolgt über Synapsen. Diese komplexe Struktur ermöglicht es dem Gehirn, externe Signale schnell und effektiv zu verarbeiten und entsprechend zu reagieren. Forscher weltweit versuchen, die Signalübertragung und das Training von Synapsen mit neuromorphen Computersystemen nachzubilden, die dem menschlichen Nervensystem ähnlich sind. Die aktuellen Technologien sind jedoch noch weit davon entfernt, die Informationsdichte und Effizienz des menschlichen Gehirns zu erreichen.
Ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung neuromorpher Systeme ist das sogenannte Reservoir-Computing. Dabei werden eingehende Signale in einem Reservoir abgebildet, wodurch die Geschwindigkeit der Signalerkennung durch ein künstliches neuronales Netzwerk erhöht wird. Dies führt zu einer Reduzierung des Bedarfs an Rechenressourcen und der Zeit, die für das Training benötigt wird. Das menschliche Sehen kann als Beispiel für Reservoir-Computing dienen, da das Auge visuelle Informationen verarbeitet und die Datenmenge reduziert, die vom Gehirn verarbeitet werden muss.
Das Forschungsteam hat ein innovatives Konzept entwickelt, das möglicherweise einen bedeutenden Durchbruch ermöglicht. Dabei wird Reservoir-Computing direkt mit analogen Signalen in einem natürlichen physikalischen System durchgeführt, was als entscheidend angesehen wird. Das Team hat ein Reservoir entwickelt, das auf akustischen Wellen (Phononen) und Spinwellen (Magnonen) basiert. Die Informationen werden in einem Chip kombiniert und weisen eine hohe Informationsdichte auf. Dadurch ist es möglich, visuelle Formen auf begrenztem Raum zu erkennen. Die Informationsverarbeitung im biologischen Kortex ähnelt der Funktionsweise des Reservoirs.
Das Konzept des Forschungsteams beruht auf der Umwandlung des eingehenden Signals in hochfrequente akustische Wellen, ähnlich jenen, die bereits in modernen drahtlosen Kommunikationsgeräten eingesetzt werden. Die verwendete akustische Frequenz ist etwas höher als die derzeit verfügbaren, jedoch wird sie von zukünftigen drahtlosen Kommunikationsstandards angestrebt. Das Forschungsteam ist optimistisch, dass ihr Konzept vielversprechend ist und potenziell zu einer kompakteren und effizienteren künstlichen Intelligenz in der Zukunft führen könnte.
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