Под руководством победителя «Лидеров России» ведутся разработки в области нейроморфного искусственного интеллекта

Ученые Центра нейроморфного искусственного интеллекта Университета «Неймарк» разрабатывают математические модели, которые объясняют ранее неизученные механизмы кодирования, обработки и хранения информации в мозге. Эти модели технически воплощаются в мемристорной электронике, которая обеспечивает людям с ОВЗ независимость и повышает качество их жизни. Научная работа проводится под руководством победителя «Лидеров России», флагманского проекта президентской платформы «Россия – страна возможностей», и директора по науке Университета «Неймарк» Александра Петухова.

В университете «Неймарк» в Нижнем Новгороде под руководством победителя трека «Наука» третьего сезона конкурса «Лидеры России» президентской платформы «Россия – страна возможностей» Александра Петухова новые подразделения, лаборатории, созданные меньше года назад, уже начинают проводить исследования в интересах ведущих российских индустриальных партнеров. Так, в Центре нейроморфного искусственного интеллекта ведутся разработки в области внедрения интеллектуальных ассистивных технологий на основе нейроморфного искусственного интеллекта. Их возглавляет доктор физико-математических наук, лауреат премии Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 год Сусанна Гордлеева.

«Нейроморфные технологии искусственного интеллекта – это мозгоподобные технологии ИИ, которые имитируют принципы функционирования головного мозга. Их использование, во-первых, сильно снижает нагрузку на городские энергосети в крупных городах, во-вторых, позволяет создавать новые типы искусственного интеллекта – биоподобные, которые могут обучаться на алгоритмах и не требуют огромного количества данных. То есть обучение проходит как у человека, ведь мы учимся не только на информации, но и на выстроенных системах, алгоритмах и так далее. Это позволяет снизить количество галлюцинаций, ускорить обучение и значительно удешевить его», – подчеркнул Александр Петухов.

«Мы занимаемся математическим моделированием процессов, происходящих в головном мозге. Кроме того, разрабатываем нейроинтерфейсы – системы, которые регистрируют активность в головном мозге, классифицируют биоэлектрические сигналы и передают на управляемые устройства – это роботы, экзоскелеты, реабилитационные коляски. У нас уже есть действующие интерфейсы, которые проходят клинические испытания», – отмечает Сусанна Гордлеева.

Математические модели технически воплощаются в мемристорной электронике, в которой вместо живых нейронов используются чипы. Передача информации от одного нейрона к другому в мозге происходит через синапсы. В качестве синапсов инженеры используют мемристоры – ​компоненты электрической цепи, которые могут изменять свое сопротивление в зависимости от подаваемого электрического тока и частоты его подачи.

«Устройства с нейроморфными технологиями эффективнее стандартных информационно-вычислительных систем, поскольку они ​способны обработать больше информации, потратив меньше энергии. Я добавила влияние ​астроцитов – вспомогательных клеток головного мозга. Это повысило эффективность алгоритмов в решении задачи классификации», – говорит Сусанна Гордлеева.

Ученый отдельно указала на энергоэффективность нейроморфных технологий, на основе которых можно будет создавать вычислительные системы, способные обрабатывать огромное количество информации в режиме реального времени на борту портативного устройства. Дело в том, что традиционные вычислительные системы строятся на основе архитектуры фон Неймана, где блоки обработки и блоки хранения информации физически разделены. Между этими блоками миллиарды раз в секунду происходит передача данных или указание, что с этими данными делать. На передачу информации тратится огромное количество энергии и времени.

«Современные большие языковые модели, например, чат GPT, содержат миллиарды параметров, которые нужно в реальном времени обрабатывать при общении с миллионами пользователей. Следующее поколение моделей будет содержать около триллиона параметров, а количество пользователей еще увеличится, это приведет к существенной нагрузке на энергетику США. В настоящий момент в развитых странах около трети энергии тратится на поддержание информационных и телекоммуникационных технологий», – пояснила ученый.

Чтобы снизить этот показатель, создана принципиально новая архитектура вычислительных устройств – энергоэффективных, в которой физически не разделены блоки хранения и обработки информации.

В первую очередь эта технология необходима для таких устройств, как беспилотные транспортные системы, высокотехнологичные медицинские технологии (нейроинтерфейсы, нейроимплантаты) и технологии специального назначения.

Александр Петухов – директор по науке Университета «Неймарк», научный руководитель НОЦ Нижегородской области, член Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию, координатор сообщества ученых «Искра». С 2010 по 2020 годы работал в ННГУ им. Н.И. Лобачевского, в 2020-2024 – Институте Прикладной Математики им. М.В. Келдыша РАН, в 2021-2024 – МГУ им. М.В. Ломоносова. С 2010 по 2024 годы – руководитель 16 научно-исследовательских грантов различных фондов (российских и зарубежных), имеет более 100 публикаций в ведущих научных журналах и материалах международных конференций.

Сусанна Гордлеева – доктор физико-математических наук, профессор Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, директор центра нейроморфных вычислений Университета «Неймарк». Лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 год. Премия присуждена за разработку моделей и технологий неизоморфного искусственного интеллекта на основе биофизических нейрон-астроцитарных сетевых моделей для мемристивной электроники.

Конкурс управленцев «Лидеры России» президентской платформы «Россия – страна возможностей» проводится с 2017 года по поручению Президента Российской Федерации. По итогам пяти сезонов на участие в конкурсе подано более одного миллиона заявок со всей России и из 150 стран мира.