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Primeira rede neural de IA feita de materiais 2D, escrita à mão 'vê'

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Os pesquisadores desenvolveram a primeira rede neural do mundo para inteligência artificial usando materiais 2D, de acordo com um estudo recente publicado na revista.Materiais avançados.

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A primeira rede neural de IA feita de materiais 2D

Os materiais bidimensionais são matérias com espessura de apenas alguns nanômetros (ou menos) e geralmente consistem em uma única folha de átomos. O processador de visão de máquina resultante pode capturar, armazenar e identificar mais de 1.000 imagens diferentes, de acordo com uma postagem de blog no site da Universidade de Harvard.

A primeira AI de rede neural feita com materiais 2D vem da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson, que trabalhou com o Samsung Advanced Institute of Technology.

"Este trabalho destaca um avanço sem precedentes na complexidade funcional da eletrônica 2D, disse o professor Gordon McKay de Engenharia Elétrica e Física Aplicada do SEAS e o autor sênior do artigo, Donhee Ham." Realizamos detecção de imagem óptica de front-end e back- fim do reconhecimento de imagem em uma plataforma de material 2D. "

Transistores baseados em material 2D ainda relativamente primitivos

Desde que o grafeno foi descoberto em 2004, os pesquisadores têm trabalhado para encontrar novas maneiras de aproveitar as propriedades eletrônicas e optoeletrônicas inovadoras de semicondutores 2D com espessura de átomo como base para uma ampla gama de aplicações interessantes.

Transistores feitos de materiais 2D foram usados ​​em circuitos lógicos digitais simples e fotodetectores, mas a integração em larga escala para computação complexa - como IA - ainda é insustentável.

No momento da escrita, os pesquisadores integraram com sucesso cerca de 100 transistores feitos de materiais 2D em um chip. Para esclarecer: um circuito integrado de silício padrão como os de um smartphone possui bilhões de transistores.

"Dispositivos bidimensionais baseados em material exibem várias propriedades interessantes, mas o baixo nível de integração restringiu sua complexidade funcional", disse Houk Jang, pesquisador associado do SEAS e primeiro autor do artigo recente, de acordo com o post do blog de Harvard. "Com 1.000 dispositivos integrados em um único chip, nossa rede atomicamente fina pode realizar tarefas de reconhecimento de visão, que é uma funcionalidade extremamente avançada de eletrônicos bidimensionais baseados em materiais."

Estrutura de três átomos de espessura funciona como um olho humano

A equipe de pesquisadores usou um material 2D conhecido como dissulfeto de molibdênio, um semicondutor de três átomos de espessura que mostra interações eficazes com a luz. Eles organizaram esses transistores fotossensíveis no que é chamado de matriz transversal - que se inspira em conexões neuronais em cérebros humanos.

Essa estrutura aparentemente simples permite que o dispositivo funcione como um olho para visualizar uma imagem e um cérebro para armazenar e identificar imagens em um relance.

IA baseada em material 2D converte imagens em dados elétricos

O front-end do instrumento usa uma matriz de barra transversal como um sensor de imagem, capturando uma imagem como um olho. A fotossensibilidade dos materiais 2D permite que o dispositivo converta e armazene a imagem como dados elétricos. Por outro lado, o mesmo conjunto de barras transversais realiza computação em rede com os dados elétricos para identificar a imagem.

Para provar seu método, os pesquisadores expuseram o dispositivo a 1.000 imagens de dígitos escritos à mão. O processador interno reconheceu e identificou com sucesso as imagens com uma precisão de 94%.

"Através da captura de imagens ópticas em dados elétricos, como o olho e o nervo óptico, e o subsequente reconhecimento desses dados como o cérebro por meio de computação in-memory, nosso processador optoeletrônico emula as duas funções centrais da visão humana", disse o co-autor do papel e estudante graduado SEAS Henry Hinton.

Em breve, a equipe aumentará a escala do dispositivo ainda mais para produzir um sistema de imagem de alta resolução baseado em material 2D. Avanços como este - que fica na intersecção da IA, do grafeno e da ciência dos materiais 2D - podem um dia ajudar a levar à visão artificial, possivelmente até como base para futuros robôs de IA bípedes ou humanos, vivendo entre nós como um segundo inteligente forma de vida. E estamos aqui para isso.


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