Возникновение разумной материи: подсказки природы для разработки более умных технологий

Представьте, что пуловер, который вы носите, автоматически адаптируется к температуре, согревая вас, если вы дрожите, или охлаждаете, если вы потеете. Это означает, что пуловеру придется научиться распознавать ваш дискомфорт и изменять свои свойства, чтобы противостоять этому дискомфорту. Другие потенциальные функции могут включать быстрое высыхание или амортизацию при падении. Но как создать такой пуловер? Какая энергия ему понадобится? Для выполнения всех этих функций необходимы сложные расчеты и подходящий источник энергии.

Напротив, природа создает такие увлекательные функции, очевидно, без особых усилий. Например, аналог пуловера — это самый большой человеческий орган — кожа. Кожа защищает нас от воздействий окружающей среды, таких как радиация, давление, трение и вторжение патогенов. Он может даже исцелить себя после травмы. Он также обеспечивает защиту от потери тепла и может охладить нас, выделяя пот.

Вдохновение из человеческого мозга

Человеческий мозг издавна был источником особого увлечения и вдохновения для исследователей. Бесчисленные параллельные процессы между примерно 100 миллиардами нейронов приводят к огромной вычислительной мощности при очень низком потреблении энергии — всего около 20 Вт. Эта массивная параллельная обработка поддерживает когнитивные навыки, в которых мы намного превосходим обычные компьютеры. Например, мы узнаем знакомое лицо друга за миллисекунды, в то время как компьютеру требуется гораздо больше времени для таких задач. Вдохновленные этим превосходством, исследователи разрабатывают нетрадиционные вычислительные парадигмы, которые имитируют работу мозга как средство создания систем искусственного интеллекта для решения когнитивных задач.

Но что такое интеллект? В психологическом смысле под интеллектом понимается способность адаптироваться к изменяющимся условиям и извлекать уроки из прошлых событий. Что касается материи, мы определяем интеллект очень похоже. Синтетически произведенная материя является разумной, если она взаимодействует с окружающей средой, принимает импульсы и реагирует на них. Материя может обрабатывать обратную связь, хранить информацию в виде опыта и извлекать уроки из прошлого. Способна ли материя к восприятию — вопрос спорный, хотя для нашего определения интеллекта это не обязательно.

Интеллектуальное поведение синтетической материи

Главный вопрос: как создать интеллект из синтетической материи и какие компоненты необходимы?

С этой целью мы определили четыре необходимых блока, которые имеют ключевые функциональные элементы и должны работать вместе. Во-первых, необходим сенсорный элемент, чтобы вещество могло регистрировать импульсы и информацию из своего окружения, а также принимать сигналы обратной связи. В ответ на внешние раздражители синтетическое вещество может изменять свои физические свойства, например форму или стабильность. Для этого нужен сценарий. Полученная информация сохраняется как знания в элементе хранения, чтобы ее можно было извлечь на более позднем этапе. Эта способность вспоминать незаменима в любом учебном процессе.. Наконец, эти три элемента должны иметь возможность связываться друг с другом, для чего необходима сеть, состоящая из сигнальных путей.

Все четыре этих ключевых функциональных элемента должны работать вместе, чтобы создавать интеллектуальные навыки. Теперь представьте, что эти взаимосвязанные элементы можно масштабировать до наноуровня, чтобы их можно было рассматривать как одно целое. Это делает возможной интеграцию в систему, в результате чего вычислительные процессы могут быть реализованы внутри самой материи. В этом сценарии отсутствует центральный процессор, управляющий и направляющий процессы, как, например, в случае с обычными компьютерами или роботами. Скорее, сама материя используется для децентрализованных вычислений. В результате бесчисленные процессы могут выполняться параллельно, как в человеческом мозгу., что делает возможной обработку огромного количества данных — такую, которая необходима, например, для «интеллектуального пуловера».

Дополнительная информация: К. Каспар и др., Рост разумной материи, Природа (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41586-021-03453-у

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК