Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет

Физика транзисторов в околопороговом режиме весьма схожа с биофизикой ионных каналов в биологических мембранах. Миша работала с нейробиологами Кеваном Мартином и Родни Дугласом из Оксфордского университета над кремниевыми нейронами[388] (рис. 14.3) и переехала с коллегами в Цюрих, чтобы помочь основать Институт нейроинформатики при Цюрихском университете и Швейцарском федеральном технологическом институте. Ее сияющая звезда трагически закатилась в 33 года, когда страдающая от депрессии Маховальд бросилась под поезд.

Карвер Мид покинул Калтех в 1999 году и переехал в Сиэтл. Я посещал его в 2010 году. С его заднего двора можно видеть самолеты, которые, пролетая над водой, заходят на посадку в аэропорт Сиэтл-Такома. Его отец был инженером на гидроэлектростанции Биг-Крик — целом комплексе электростанций в Калифорнии на реке Сан-Хоакин, берущей исток в горах Сьерра-Невады[389].

Рис. 14.3. Кремниевые нейроны. Каналы в этом аналоговом чипе СБИС действуют как ионные каналы в нейронах и могут имитировать нейронные сети в реальном времени, что показано на рисунке поверх чипа.

Скачок всего за одно поколение от ранней гидроэлектрической технологии к микроэлектронике захватывает дух. Хобби Карвепа — коллекционирование старинных изоляторов для подвешивания линий электропередач. Они валяются буквально под ногами, как наконечники индейских стрел, если вы знаете, где их искать. У Мида также был лазерный гироскоп, который он использовал для тестирования нового разработанного им подхода для объяснения квантовой физики[390]. Карвер Мид — провидец, но таким успешным его сделала привычка создавать вещи, которые работают и которые вы можете подержать в руках.

Нейроморфная инженерия

В 1990 году я в качестве почетного ученого Фэйрчайлда был в академическом отпуске в Калтехе и походил на министра без портфеля. Мне нравилось сидеть на заседаниях лабораторий, особенно лаборатории Кристофа Коха — специалиста по вычислительной нейробиологии, с которым у меня были общие интересы, и «Карверленда» — исследовательской группы Карвера Мида. Одним из удивительных проектов «Карверленда» была кремниевая улитка с такой же частотой колебаний в каналах, как в настоящей улитке в ухе. Другие работали над искусственными синапсами, включая алгоритмы синаптической пластичности, так как на кремнии можно было реализовать долгосрочные изменения весов. С тех пор студенты из «Карверленда» разошлись по инженерными факультетам по всему миру.

Рис. 14.4. Датчик динамического зрения (Dynamic Vision Sensor; DVS). Вверху: Тоби Дельбрюк держит в руках DVS-камеру, изобретенную им в Институте нейроинформатики Цюрихского университета. Камера — это особый чип, который асинхронно излучает импульсы, а не делает кадры, как ваша цифровая камера. Внизу: камера оснащена объективом, который фокусирует изображения на аналоговом кристалле СБИС, регистрирующем постепенное увеличение и уменьшение интенсивности света в каждом пикселе. Для положительного приращения импульсы идут вдоль «включенного» соединения, для отрицательного — вдоль «выключенного». Выходные импульсы обрабатываются печатной платой, которая отображает рисунок импульсов, как показано в блоке 8. Сетчатка — это высокоразвитая DVS-камера. Схема импульсов на сетчатке преобразуется в мозге, но остается схемой импульсов — нигде в вашем мозгу не появляется картинка, даже если все так воспринимается.

В 1993 году мы с Кристофом Кохом и Родни Дугласом при поддержке Национального научного фонда организовали в Теллурайде в штате Колорадо трехнедельный семинар по нейроморфной инженерии, который продолжает проходить каждое лето в июле. Семинар международный, в нем принимают участие студенты и преподаватели из разных стран и с разным опытом. В отличие от множества семинаров, на которых больше говорят, чем работают, на семинаре в Теллурайде аудитории заполнены студентами, трудящимися над чипами и использующими их для создания роботов. Однако возникла проблема с подключением чипа сетчатки к чипу зрительной коры, а чипов коры — к чипам двигательных реакций.

Блок 8. Как работает DVS-камера