21 век – век высоких технологий и постоянного развития. Сейчас мы практически не можем представить нашу жизнь без современных гаджетов, для нас кажется совсем не возможным оказаться без телефона, не иметь доступа в интернет или отказаться от пользования навигатором, когда мы незнаем как нам проехать в ту или иную местность.

Все технологии,  окружающие нас прогрессируют с огромной скоростью. Однако есть вещи, о которых нам мало что известно, но роль которых в нашей жизни очень велика. И таким примером являются нейро-чипы.

Итак, нейрочипы являются элементной базой перспективных нейровычислителей. Их производство ведется во многих странах мира, причем большинство из них на сегодня ориентированы на закрытое использование (т.е. создавались для конкретных специализированных управляющих систем).

К примеру, израильские ученые давно работают над вживлением чипов в животных, для восстановления рефлексов или продолжения работы мозга. Они стремятся реализовать надежду людей в восстановлении утраченных функций организма, в связи с разными болезнями или перенесение инсульта. Для проведения данных опытов научные работники использовали мозг крысы, вживив ей нейронный микрочип, который имитировал работу мозжечка. По окончанию эксперимента был получен положительный результат, что привело работников лаборатории в восторг. Этот прогресс дает нам надежду, что в будущем медицина будет в состоянии заменить поврежденную часть головного мозга человека тем самым восстановить его деятельность и работоспособность. По предположению ученого Иоффе: «Победить болезнь Паркинсона нейрочип вряд ли сможет, а использовать его для восстановления частично утраченных функций, таких как дыхание или моргание глазами – было бы вполне реально и интересно». В дальнейшим ученые планируют закончить испытания на крысах и планируют начать исследования подобного рода на человеке. Европейские ученые так же  разработали так называемые «нейрочипы», в которых живая мозговая клетка взаимодействует с силиконовой электрической сетью. Эта технология в будущем поможет излечивать серьезные травмы, заболевания мозга или создавать органические компьютеры, которые производят расчет с помощью нейронов.

Ученые утверждают, что для применения электрочипов в лечении заболеваний мозга понадобятся десятилетия, однако в ближайшем будущем эти чипы можно применять в фармацевтике для проверки влияния новых лекарств на мозг.

Известно, что несколько лет назад корпорация IBM произвела первые чипы SyNAPSE, это устройство было создано для имитации человеческого мозга. Производство этого нейро-чипа довольно весомый шаг в развитии так называемых  «Когнитивных компьютеров»(компьютеров способных к самообучению). Чипы были созданы с использованием 45-нм технологических норм и состояли из 256 искусственных нейронов. И это было только начало. В дальнейшем компания IBM совершила почти невозможное, для многих ученых, которые работали над этим вопросом это казалось волшебством. В 2014 году компания представила новый, полностью законченный, усовершенствованный чип, реализующий нейронную сеть. Следует отметить, что в нем 1 миллион нейронов и 256 миллионов синапсов.

На сегодняшний день нейрочипы рассматриваются по следующим категориям: во-первых типу логики их можно разделить на цифровые, аналоговые и гибридные, далее, по типу реализации нейро- алгоритмов: существуют нейро-чипы с полностью аппаратной реализаций и с программно-аппаратной реализацией (когда нейроалгоритмы хранятся в постоянном запоминающемся устройстве( ПЗУ)).По характеру реализации нелинейных преобразований также подразделяются на нейрочипы с жесткой структурой нейронов (аппаратно реализованных) и нейрочипы с настраиваемой структурой нейронов (перепрограммируемые). Стоить отметить, что чип имеет  размер всего в 1 квадратный миллиметр, но на нем размещается 16 тысяч транзисторов и сотни конденсаторов. Данный механизм позволит в будущем заменять поврежденные мозговые клетки на электрочипы.

По назначению нейрочипы делят на универсальные (предназначенные для решения широкого класса задач) и специализированные (ориентированные на решение определённого класса задач). Многие попытки сделать универсальные нейрочипы в 1988 − 2010 были малоэффективными, т.к. нейроматематика на данном этапе ещё недостаточно развита. Наиболее широкое распространение получили специализированные нейрочипы, которые обеспечивали максимальную эффективность решения конкретной задачи, например, обработка сигналов, изображений (сжатие, выделение движущихся объектов и др.), управление роботами, реализация ассоциативной памяти, осуществление аналого-цифрового преобразования. При этом и в цифровом и в аналого-цифровом вариантах в нейрочипе реализуются фрагменты нейронных сетей, например, многослойных, рекуррентных (с обратными связями между элементами) и др. Особо выделяют нейрочипы, в которых входные, выходные и промежуточные сигналы представляют собой последовательность достаточно узких импульсов с переменной частотой следования, которая и является основной информационной составляющей. Большинство цифровых нейрочипов (т.н. полузаказные нейрочипы) последние 20 лет реализовывались на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Разрабатывались и применялись т.н. заказные цифровые нейрочипы, в основном в США, Японии, Франции.

У многих экспертов возникает вопрос: «И чем это может быть полезно для людей»? Ответ заключается в том, что нейронные сети из которых состоит этот чип, могут производить огромное количество операций параллельно, и, поэтому, они могут быть полезны  в совершенно разных областях человеческой деятельности. Это в первую очередь медицина, о которой шла речь выше, и в информатике, в предпринимательской деятельности, для обучения студентов и детей и  во многом другом. Главное перспективное направление – интеллектуализации вычислительных систем, придания им свойств человеческого мышления и восприятия, то здесь нейрочипы – практически единственный путь развития вычислительной техники.

Хотя на данный момент нейрочипы являются дорогостоящим продуктом, но за ними будущее, т.к. в наше время главным фактором является скорость, а скорость нейрочипа пока не видит ограничений.

Сегодня разработками в области нейрочипов занимается более 300 зарубежных компаний, причем число их постоянно увеличивается. Среди них такие гиганты как Intel, DEC, IBM и Motorolla. Резко возросло количество военных разработок, в основном направленных на создание сверхбыстрых, “умных” супервычислителей.
Развитие цивилизации идет в основном не за счет решения простых задач, а за счет решения задач сложных, именно они определяют «интеллект» общества в текущий момент его развития. И нейрочипы можно назвать одной из основ всех высоких технологий.  Именно они позволяют решать трудные, и даже самые трудные задачи, совершенствуя человеческую жизнь.

1. Галушкин А.И., Нейрокомпьютеры. Кн.3. М: ИПРЖР. 2000.
2. Комарцова Л.Г., Максимов А.В. Нейрокомпьютеры: Учеб.пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. 400 с.
3. Романчук В.А., Ручкин В.Н. Разработка программного комплекса для моделирования и анализа нейропроцессорных систем обработки изображений // Цифровая обработка сигналов. – Рязань : Информационные технологии, 2010. – №1. – С.53–58.
4. Романчук В.А., Ручкин В.Н. Оценка результатов моделирования вычислительных систем на базе нейропроцессоров // Известия тульского государственного университета. Технические науки. – Тула : Издательство ТулГУ, 2013. – Вып.9. – Ч.2. – С.194-203.
5. Романчук В.А., Ручкин В.Н., Фулин В.А. Разработка модели сложной нейропроцессорной системы // Цифровая обработка сигналов. – Рязань : Информационные технологии, 2012. – №4. – С.70–74.
6. Ручкин В.Н., Романчук В.А., Фулин В.А. Когнитология и искусственный интеллект. – Рязань : Узорочье, 2012. – 260 с.

Все статьи автора «Булгакова Кристина Игоревна»