Els investigadors mostren que la informàtica “nanomagnètica” pot proporcionar IA de baixa energia | Notícies imperials


Una quadrícula d'ovals llargs que conté fletxes petites apuntant en diferents direccions, que representen nanoimants




Els investigadors han demostrat que és possible realitzar intel·ligència artificial mitjançant nanoimants minúsculs que interactuen com les neurones del cervell.

El nou mètode, desenvolupat per un equip liderat per investigadors de l’Imperial College de Londres, podria reduir el cost energètic de la intel·ligència artificial (IA), que actualment es duplica a nivell mundial cada 3,5 mesos.

Com interactuen els imants ens dóna tota la informació que necessitem; les mateixes lleis de la física esdevenen l’ordinador. Kilian Stenning

En un article publicat avui a Natura Nanotecnologia, l’equip internacional ha produït la primera prova que les xarxes de nanoimants es poden utilitzar per dur a terme un processament semblant a la IA. Els investigadors van demostrar que els nanoimants es poden utilitzar per a tasques de “predicció de sèries temporals”, com ara predir i regular els nivells d’insulina en pacients diabètics.

La intel·ligència artificial que utilitza “xarxes neuronals” té com a objectiu replicar la manera com funcionen parts del cervell, on les neurones parlen entre elles per processar i retenir la informació. Moltes de les matemàtiques utilitzades per alimentar les xarxes neuronals van ser inventades originalment pels físics per descriure la manera com els imants interactuen, però en aquell moment era massa difícil utilitzar imants directament, ja que els investigadors no sabien com introduir dades i treure informació.

En canvi, es va utilitzar programari que s’executava en ordinadors tradicionals basats en silici per simular les interaccions dels imants, simulant al seu torn el cervell. Ara, l’equip ha pogut utilitzar els mateixos imants per processar i emmagatzemar dades, eliminant l’intermediari de la simulació del programari i oferint potencialment un enorme estalvi d’energia.

Estats nanomagnètics

Els nanoimants poden venir en diversos “estats”, depenent de la seva direcció. Aplicar un camp magnètic a una xarxa de nanoimants canvia l’estat dels imants en funció de les propietats del camp d’entrada, però també dels estats dels imants circumdants.

Un gràfic de línies difuses i fortes
Un mapa dels estats dels nanoimants en un experiment

L’equip, dirigit pels investigadors del Departament de Física Imperial, va poder dissenyar una tècnica per comptar el nombre d’imants a cada estat un cop ha passat el camp, donant la “resposta”.

El co-autor primer de l’estudi, el doctor Jack Gartside, va dir: “Fa molt de temps que intentem resoldre el problema de com introduir dades, fer una pregunta i obtenir una resposta de la informàtica magnètica. Ara hem demostrat que es pot fer, obre el camí per desfer-se del programari informàtic que fa la simulació que consumeix energia”.

El co-autor Kilian Stenning va afegir: “Com interactuen els imants ens dóna tota la informació que necessitem; les lleis de la física es converteixen en l’ordinador”.

Líder de l’equip Dr Will Branford va dir: “Ha estat un objectiu a llarg termini realitzar maquinari informàtic inspirat en els algorismes de programari de Sherrington i Kirkpatrick. No va ser possible utilitzar els girs dels àtoms en els imants convencionals, però augmentant els girs en matrius nanopatterns hem pogut aconseguir el control i la lectura necessaris”.

Reducció del cost energètic

La intel·ligència artificial ara s’utilitza en una varietat de contextos, des del reconeixement de veu fins als cotxes autònoms. Però entrenar la IA per fer fins i tot tasques relativament senzilles pot requerir grans quantitats d’energia. Per exemple, entrenar la IA per resoldre un cub de Rubik va necessitar l’equivalent energètic de dues centrals nuclears en funcionament durant una hora.

Gran part de l’energia utilitzada per aconseguir-ho en els ordinadors convencionals amb xip de silici es malgasta en el transport ineficient d’electrons durant el processament i l’emmagatzematge de la memòria. Els nanoimants, però, no es basen en el transport físic de partícules com els electrons, sinó que processen i transfereixen informació en forma d’ona “magnon”, on cada imant afecta l’estat dels imants veïns.

Això significa que es perd molta menys energia i que el processament i l’emmagatzematge de la informació es poden fer conjuntament, en lloc de ser processos separats com en els ordinadors convencionals. Aquesta innovació podria fer que la informàtica nanomagnètica sigui fins a 100.000 vegades més eficient que la informàtica convencional.

IA a la vora

A continuació, l’equip ensenyarà el sistema utilitzant dades del món real, com ara senyals d’ECG, i espera convertir-lo en un dispositiu informàtic real. Finalment, els sistemes magnètics es podrien integrar en ordinadors convencionals per millorar l’eficiència energètica per a tasques de processament intenses.

La seva eficiència energètica també significa que podrien ser alimentats amb energies renovables i utilitzar-los per fer “IA a la vora”, processant les dades on es recullen, com ara les estacions meteorològiques de l’Antàrtida, en lloc de tornar-les a enviar-les a grans centres de dades.

També significa que es podrien utilitzar en dispositius portàtils per processar dades biomètriques del cos, com ara predir i regular els nivells d’insulina per a persones amb diabetis o detectar batecs cardíacs anormals.

Entrenament reconfigurable i informàtica de dipòsits en un gel de vòrtex de gir artificial mitjançant empremtes dactilars de spin-wave‘ de Jack C. Gartside, Kilian D. Stenning, Alex Vanstone, Holly H. Holder, Daan M. Arroo, Troy Dion, Francesco Caravelli, Hidekazu Kurebayashi i Will R. Branford es publica a Natura Nanotecnologia.