Устройство на основе скирмионов идентифицирует рукописные цифры. Инженеры из научно-исследовательского института RIKEN разработали микрочип на основе скирмионов — крошечных магнитных вихрей. Микрочип, потребляющий небольшое количество энергии, успешно распознает рукописные цифры.

Созданное устройство состоит из стержней, покрытых платино-кобальтово-иридиевой пленкой, которая может содержать скирмионы шириной в несколько микрометров. Чтобы ввести данные, исследователи закодировали информацию в магнитном поле, которое при воздействии на скирмионы генерирует напряжение. Это выходное напряжение зависит от количества и размера присутствующих скирмионов.

Исследователи обучили устройство, используя более 13 тыс. изображений рукописных цифр от 0 до 9. Они преобразовали изображения в магнитные входные сигналы и настроили устройство так, чтобы выходные сигналы напряжения точно отображали правильную цифру. После этого ученые протестировали работу чипа с помощью 5 тыс. других изображений. Эксперимент показал, что микрочип распознает числа с точностью около 95%, что превосходит альтернативные нейроморфные устройства.

1 Принцип работы устройства при распознавании данных. Изображение: Tomoyuki Yokouchi et al., Science Asvances

В современных системах для распознавания данных используются искусственные нейронные сети. Они потребляют много энергии при работе на обычных кремниевых чипах, объясняют ученые. Низкоэнергетические вычислительные платформы, имитирующие свойства мозга и использующие резервуарные вычисления, могут служить эффективной альтернативой, полагают ученые.

В таких устройствах магнитные вихри ведут себя как частицы и ими можно управлять с помощью магнитных полей. При этом скирмионы обладают «эффектом памяти» — их структура и поведение отражают предыдущие воздействия магнитных полей. Этот эффект напоминает энергосберегающий режим работы мозга: нейроны хранят предыдущую информацию, которая служит основой для обработки новых данных.