L’informatique de réservoir à base de liquide ionique permet une informatique de pointe efficace et flexible

Calcul de réservoir à base de liquide ionique : la clé d'une informatique de pointe efficace et flexible

La réponse du système PRC liquide ionique peut être réglée pour être optimisée pour le traitement d’une large gamme de signaux en modifiant sa viscosité en ajustant la longueur de la chaîne latérale cationique. Crédit : Kentaro Kinoshita, Université des sciences de Tokyo

L’intelligence artificielle (IA) devient rapidement omniprésente dans la société moderne et sera mise en œuvre plus largement dans les années à venir. Dans les applications impliquant des capteurs et des appareils de l’Internet des objets, la norme est souvent l’intelligence artificielle de pointe, une technologie dans laquelle le calcul et les analyses sont effectués à proximité de l’utilisateur (où les données sont collectées) et non loin sur un serveur centralisé. En effet, l’IA de périphérie a de faibles besoins en énergie ainsi que des capacités de traitement de données à grande vitesse, des caractéristiques particulièrement souhaitables pour le traitement de données de séries chronologiques en temps réel.

À cet égard, l’informatique de réservoir physique (PRC), qui s’appuie sur la dynamique transitoire des systèmes physiques, peut grandement simplifier le paradigme informatique de l’IA de pointe. En effet, la PRC peut être utilisée pour stocker et traiter des signaux analogiques dans ces bords que l’IA peut travailler et analyser efficacement. Cependant, la dynamique des systèmes PRC solides est caractérisée par des échelles de temps spécifiques qui ne sont pas facilement réglables et sont généralement trop rapides pour la plupart des signaux physiques. Ce décalage dans les échelles de temps et leur faible contrôlabilité rendent les PRC largement inadaptés au traitement en temps réel des signaux dans les environnements vivants.

Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche du Japon impliquant le professeur Kentaro Kinoshita et Sang-Gyu Koh, titulaire d’un doctorat. étudiant, de l’Université des sciences de Tokyo, et les chercheurs principaux, le Dr Hiroyuki Akinaga, le Dr Hisashi Shima et le Dr Yasuhisa Naitoh de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées, ont proposé, dans une nouvelle étude publiée dans Rapports scientifiquesl’utilisation de systèmes PRC liquides à la place.

Calcul de réservoir à base de liquide ionique : la clé d'une informatique de pointe efficace et flexible

Échelle de temps des signaux couramment produits dans les milieux de vie. Le temps de réponse du système PRC liquide ionique développé par l’équipe peut être réglé pour être optimisé pour le traitement de tels signaux du monde réel. Crédit : Kentaro Kinoshita, Université des sciences de Tokyo

“Le remplacement des réservoirs solides conventionnels par des réservoirs liquides devrait conduire à des dispositifs d’IA capables d’apprendre directement aux échelles de temps des signaux générés par l’environnement, tels que la voix et les vibrations, en temps réel”, explique le professeur Kinoshita. “Les liquides ioniques sont des sels fondus stables qui sont entièrement constitués de charges électriques libres. La relaxation diélectrique du liquide ionique, ou la façon dont ses charges se réarrangent en réponse à un signal électrique, pourrait être utilisée comme réservoir et contient beaucoup promesse pour l’informatique physique d’IA de pointe.”

Dans leur étude, l’équipe a conçu un système PRC avec un liquide ionique (IL) d’un sel organique, le 1-alkyl-3-méthylimidazolium bis (trifluorométhane sulfonyl) imide ([Rmim+] [TFSI] R = éthyle (e), butyle (b), hexyle (h) et octyle (o)), dont la partie cationique (l’ion chargé positivement) peut être facilement variée avec la longueur d’une chaîne alkyle choisie. Ils ont fabriqué des électrodes en or et ont comblé les lacunes avec l’IL. “Nous avons constaté que l’échelle de temps du réservoir, bien que de nature complexe, peut être directement contrôlée par la viscosité de l’IL, qui dépend de la longueur de la chaîne alkyle cationique. Changer le groupe alkyle dans les sels organiques est facile à faire, et nous présente un système contrôlable et concevable pour une gamme de durées de vie de signal, permettant une large gamme d’applications informatiques à l’avenir », déclare le professeur Kinoshita. En ajustant la longueur de la chaîne alkyle entre 2 et 8 unités, les chercheurs ont obtenu des temps de réponse caractéristiques compris entre 1 et 20 ms, avec des chaînes latérales alkyle plus longues conduisant à des temps de réponse plus longs et à des performances d’apprentissage IA réglables des appareils.

Calcul de réservoir à base de liquide ionique : la clé d'une informatique de pointe efficace et flexible

Conversion du signal d’entrée via le système PRC à base de liquide ionique. La sortie du réservoir sous la forme d’une réponse de courant (en haut et au milieu) à un signal d’impulsion de tension d’entrée (en bas) est représentée. Si la décroissance du courant (relaxation diélectrique) est trop rapide/lente, elle atteint sa valeur de saturation avant l’entrée de signal suivante et aucun historique du signal précédent n’est conservé (image du milieu). Alors que, si la réponse actuelle s’atténue avec un temps de relaxation qui correspond correctement aux échelles de temps de l’impulsion d’entrée, l’historique du signal d’entrée précédent est conservé (image du haut). Crédit : Kentaro Kinoshita, Université des sciences de Tokyo

L’accordabilité du système a été démontrée à l’aide d’une tâche d’identification d’image AI. L’IA a reçu une image manuscrite en tant qu’entrée, qui était représentée par des tensions d’impulsion rectangulaires de 1 ms de largeur. En augmentant la longueur de la chaîne latérale, l’équipe a rapproché la dynamique transitoire de celle du signal cible, le taux de discrimination s’améliorant pour les longueurs de chaîne plus élevées. C’est parce que, par rapport à [emim+] [TFSI], dans lequel le courant s’est détendu à sa valeur en environ 1 ms, l’IL avec une chaîne latérale plus longue et, à son tour, un temps de relaxation plus long a mieux conservé l’historique des données de la série chronologique, améliorant la précision de l’identification. Lorsque la chaîne latérale la plus longue de 8 unités a été utilisée, le taux de discrimination a atteint une valeur maximale de 90,2 %.

Ces résultats sont encourageants car ils montrent clairement que le système PRC proposé basé sur la relaxation diélectrique à une interface liquide électrode-ionique peut être convenablement réglé en fonction des signaux d’entrée en modifiant simplement la viscosité de l’IL. Cela pourrait ouvrir la voie à des dispositifs d’intelligence artificielle de pointe capables d’apprendre avec précision les différents signaux produits dans l’environnement de vie en temps réel.


Les chimistes suggèrent d’utiliser des liquides ioniques polymères dans les supercondensateurs


Plus d’information:
Sang-Gyu Koh et al, Calcul de réservoir avec relaxation diélectrique à une interface liquide électrode-ionique, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038 / s41598-022-10152-9

Fourni par l’Université des sciences de Tokyo

Citation: L’informatique de réservoir à base de liquide ionique produit une informatique de pointe efficace et flexible (2022, 28 avril) récupéré le 28 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-ionic-liquid-based-reservoir-yields-efficient. html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.