Fyzikář z TU Kaiserslautern získává milionové financování EU na výstavbu umělé mozku

Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro z TU Kaiserslautern. (Foto: TUK/view) / Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro (Foto: TUK/view)

Mozek s přibližně 100 miliardami nervových buněk zpracovává smyslové podněty během zlomku sekundy. Přitom jsou buňky úzce propojeny synapsemi. Inspiraci pro výzkum při vývoji neuromorfných počítačů bere mozek jako vzor. Avšak složité spojení, která jsou pro tento účel potřeba, jsou s běžným hardwarem omezená. Cílem nového projektu je toto změnit: informace mají být přenášeny pomocí magnónů, kvantových částic spinových vln, přenosem. Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro z Technické univerzity Kaiserslautern bude za to pět let oceněn Evropskou radou pro výzkum (ERC) ERC Starting Grant ve výši 1,5 milionu eur.

Člověký mozek je nesmírně složitý: informace se přenášejí přes synapse mezi nervovými buňkami. Výzkum se inspiroval mozkem, aby mohl konstruovat zvlášť efektivní počítače, takzvané neuromorfně počítače. I zde jsou umělé neurony propojeny velmi hustě pomocí umělých synapsí. Pomocí takových počítačů má být zpracování dat v budoucnu výrazně urychleno, což je důležité například pro autonomní řízení nebo rozpoznávání vzorů v komplexních databázích.

Pro bezproblémový chod tohoto systému je klíčové technické provedení synaptického spojení. „Jsou velmi složitá, proto je jejich realizace pomocí běžných elektronických obvodů obtížná,“ říká juniorprofesor Dr. Philipp Pirro, který na TUK zkoumá magnetismus.

Výzkumný tým kolem physika z Kaiserslauternu pracuje na překonání tohoto problému. Spoléhá na spinové vlny, kolektivní excitace spinů v magnetickém materiálu. Spin je vlastní moment hybnosti kvantové částice, například elektronu nebo protonu. Tím tvoří základ magnetických jevů.

Zajímavé jsou spinové vlny pro aplikace, protože jejich kvantové částice, magnóny, mohou přenášet více informací než elektrony a zároveň spotřebují výrazně méně energie.

V projektu „CoSpiN – Coherent Spintronic Networks for Neuromorphic Computing“, podporovaném ERC, mají být spinové vlny využity k propojení a přenosu informací. „Princip je podobný širokopásmové komunikaci, při níž jsou informace přenášeny optickými vlnami. Chceme pracovat se spinovými vlnami, které mohou přenášet informace na různých frekvencích,“ vysvětluje Pirro. „Fungují jako synapse.“ Umělé neurony mají sloužit nano-oscilátory. Jedná se o velmi malé generátory kmitů, které vysílají spinové vlny.

Cílem je vyvinout fyzikální stavební kameny pro zcela novou spintronickou síť v nanoměřítku. „Chceme položit základy pro umělý mozek, který bude co nejvíce podobný přirozenému vzoru,“ říká physik z Kaiserslauternu. S takovou technologií by bylo možné v budoucnu realizovat například rychlejší a výkonnější počítače.

Práce budou probíhat v novém výzkumném centru LASE (Laboratoř pokročilého spinového inženýrství) na kampusu TUK. Pirroova výzkumná činnost je začleněna do podporovaného profilu OPTIMAS (Optika a materiálové vědy) a do speciálního výzkumného centra (SFB/TRR 173) „Spin+X – Spin v jeho kolektivním prostředí“, které je financováno Německou výzkumnou společností.

Otázky zodpovídá:
Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro
Obor Magnetismus / TU Kaiserslautern
Tel.: 0631 205 4092
E-mail: ppirro[at]rhrk.uni-kl.de