想象一下,可以让你温暖或酷的衣服,具体取决于你的感受。或人造皮肤,响应触摸,温度和自动芯吸水。或者Cyborg.这双手由DNA马达控制,可以根据外界的信号进行调整。

欢迎来到智能物质时代,这是一种非传统的人工智能计算理念,直接编织到合成物质的织物中。由技术计算,这些材料可以编织软机器人的皮肤,或形成提供药物的纳米机器人微群,同时在它们学习和适应的过程中保留能量。

听起来像科幻?它变得令人烦恼。将指导我们走向智能物质的症结,明斯特大学的W.H.P. Pernice博士和他的同事们,是一个分布在物质“身体”上的“大脑”——比我们自己的思维结构要陌生得多。

图片加热毯子。而不是用单个控制器供电,它将洒在一起。然后,该计算网络可以利用一个称为“神经形态计算“随着季节的到来,这种技术仙尘会把一条无聊的毯子变成一条能了解你喜欢的温度和一天中什么时间的毯子,从而预测你的偏好。”

哦,是的,如果由纳米大小构建块制成,它也可以重新制作其内部结构,以将您的信息存储在内置内存中。

“长期目标是去集中的神经形态计算,”Pernice说。从大自然中获取灵感,我们可以开始工程师,由大脑硬件提供动力,运行AI.穿过整个材料。

换句话说:钢铁侠结束游戏纳米裤?我们来了。

为什么聪明的事情?

从发射我们的火箭火星到一件纯棉t恤,我们已经用我们开发或收获的材料做了相当不错的工作。但它们只是被动物质。

相比之下,性质富有智能问题。服用人体皮肤。它是防水,仅选择性地允许一些分子,并保护我们免受压力,摩擦和大多数细菌和病毒。它也可以在划痕或撕裂后愈合,并且它感觉到外部温度,在变得太热时会降温。

虽然我们的皮肤不会像传统意义上的那样“思考”,但它可以在一眨眼之间将信息传送到大脑。然后奇迹发生了。大脑有超过1000亿个神经元,可以在它的电路中进行大规模的并行计算,而只消耗大约20瓦——这与我现在打字用的13英寸Macbook Pro没有太大区别。为什么一种材料不能做到同样的事情呢?

问题在于,由于能源成本和时间滞后,我们当前的计算体系结构难以支持类脑计算。

进入神经形态计算。这一想法劫持了大脑以最少能量同时处理数据的能力。为了实现这一目标,科学家们正在从头开始重新设计计算机芯片。例如,现在的芯片将计算模块与存储模块分离,而这些芯片处理信息并将其存储在相同的位置。这可能看起来很奇怪,但这是我们的大脑在学习和存储新信息时所做的。这种安排减少了在内存和计算模块之间布线的需求,实质上是传送信息,而不是通过交通堵塞的电缆发送。

最终结果以非常低的能量成本大规模平行计算。

智能问题的道路

在佩尼斯和他的同事看来,有四个阶段可以让我们找到智能物质。

第一个是结构 - 基本上是您的磨削物质,可以复杂但无法改变其属性。思考3d打印肺或其他器官的框架。错综复杂,但不适应。

接下来是响应性问题。这可以改变其组成以应对环境。类似于章鱼为了躲避捕食者而改变皮肤颜色,这些物质可以改变它们的形状、颜色或硬度。一个例子是3D打印的向日葵,它嵌入了传感器,根据热、力和光的不同来开花或关闭。另一种是具有反应性的软材料,它可以拉伸并插入生物系统中,比如由硅制成的人造肌肉,在加热时可以反复拉伸并举起超过13磅的重量。虽然这是一个巧妙的技巧,但它无法适应,只能遵循预先编程的命运。

情报食物链的上层是自适应材料.它们有一个内置的网络来处理信息,临时存储信息,并根据反馈调整行为。一个例子是微型机器人以一种协调的方式移动,类似于鱼群或鸟类。但因为它们的行为也是预先编程的,它们无法从环境中学习或记住环境。

最后,还有智能材料,可以学习和记忆。

“[它]能够与其环境进行互动,从输入的输入中学习,并自我调节其动作,”团队写道。

它从四个组件开始。首先是一种传感器,其捕获来自外部世界的信息和材料的内部状态 - 在皮肤上识别温度传感器。接下来是一个执行器,基本上改变了材料的性质。例如,随着温度的上升,使皮肤更加汗水。第三是一种存储器单元,可以长期存储信息,并将其保存为对未来的知识。最后,最后一个是网络 - 蓝牙,无线或哪些 - 连接每个组件,类似于我们大脑中的神经。

该团队表示:“所有四种功能元素之间的密切相互作用对信息处理至关重要,而信息处理是在物质和环境相互作用的整个过程中产生的,以促进学习。”

如何?

这就是神经形态计算发挥作用的地方。

“特别是生物体,特别是可以被视为非常规计算系统,”作者说。“可编程和高度互连的网络特别适合执行这些任务和脑激发的神经形状硬件目标。”

大脑在神经元和突触上运行 - 将单个神经元连接到网络中的连接点。科学家们已经敲入了各种各样的材料,以将大脑的人工组件连接到网络中。谷歌的张量加工单位和IBM的Truenorth都是着名的例子;它们允许计算和内存发生在同一位置,使它们特别强大用于运行AI算法。

但是,作者说,作者来说,即在添加传感器和执行器的同时在材料内分布这些迷你大脑,基本上形成模仿整个人类神经系统的电路。对于快速响应的事情,我们可能需要挖掘其他技术。

一个想法是使用光。在光学神经网络上运行的芯片可以在光速下计算和操作。另一个是建立能够反思自己决定的材料,具有倾听和学习的神经网络。加入这一问题,可以根据从水到冰地物理地改变其形式 - 我们可能有一个可以改变多个行业的智能物质图书馆,特别是对于自主纳米米多尔斯和生活假肢

“作者说:”可以预见“智能物质的各种技术应用”,“作者说。

图片来源:ktsdesign./shutterstock.com.

范雪来,神经科学家,科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑的过程中,她迷上了人工智能和所有的生物技术。毕业后,她搬到加州大学旧金山分校(UCSF)研究让衰老大脑恢复活力的血液因子。她是…

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