Prenant les leçons d’une limace de mer, une étude indique un meilleur matériel pour l’intelligence artificielle

Prenant les leçons d'une limace de mer, une étude indique un meilleur matériel pour l'intelligence artificielle

Les chercheurs ont imité des expériences réalisées sur des limaces de mer dans de l’oxyde de nickel, un matériau quantique, pour comprendre comment le matériau pourrait présenter un intérêt pour l’intelligence artificielle. Crédit : Université Purdue/Kayla Wiles

Pour que l’intelligence artificielle devienne plus intelligente, elle doit d’abord être aussi intelligente que l’une des créatures les plus simples du règne animal : la limace de mer.

Une nouvelle étude a révélé qu’un matériau peut imiter les caractéristiques d’intelligence les plus essentielles de la limace de mer. La découverte est une étape vers la construction de matériel qui pourrait aider à rendre l’IA plus efficace et fiable pour des technologies allant des voitures autonomes et des robots chirurgicaux aux algorithmes de médias sociaux.

L’étude, publiée cette semaine dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, a été menée par une équipe de chercheurs de l’Université Purdue, de l’Université Rutgers, de l’Université de Géorgie et du Laboratoire national d’Argonne.

« En étudiant les limaces de mer, les neuroscientifiques ont découvert les caractéristiques de l’intelligence qui sont fondamentales pour la survie de tout organisme », a déclaré Shriram Ramanathan, professeur à Purdue en génie des matériaux. « Nous voulons tirer parti de cette intelligence mature chez les animaux pour accélérer le développement de l’IA. »

Les deux principaux signes d’intelligence que les neuroscientifiques ont appris des limaces de mer sont l’accoutumance et la sensibilisation. L’accoutumance consiste à s’habituer à un stimulus au fil du temps, comme l’atténuation des bruits lorsque vous conduisez tous les jours sur le même itinéraire pour vous rendre au travail. La sensibilisation est à l’opposé : elle réagit fortement à un nouveau stimulus, comme éviter la mauvaise nourriture d’un restaurant.

L’IA a vraiment du mal à apprendre et à stocker de nouvelles informations sans écraser les informations qu’elle a déjà apprises et stockées, un problème que les chercheurs qui étudient l’informatique inspirée du cerveau appellent le « dilemme stabilité-plasticité ». L’accoutumance permettrait à l’IA d' »oublier » les informations inutiles (pour plus de stabilité) tandis que la sensibilisation pourrait aider à conserver des informations nouvelles et importantes (permettant la plasticité).

Dans cette étude, les chercheurs ont trouvé un moyen de démontrer à la fois l’accoutumance et la sensibilisation à l’oxyde de nickel, un matériau quantique. Le matériau est appelé « quantique » car ses propriétés ne peuvent être expliquées par la physique classique.

Prenant les leçons d'une limace de mer, une étude indique un meilleur matériel pour l'intelligence artificielle

En stimulant ce matériau quantique (petit rectangle rayé gris et noir, au centre) avec des gaz, les chercheurs ont découvert que le matériau pouvait imiter les formes d’apprentissage de base trouvées dans la limace de mer. Crédit : Université Purdue/Kayla Wiles

Si un matériau quantique pouvait imiter de manière fiable ces formes d’apprentissage, il serait alors possible d’intégrer l’IA directement dans le matériel. Et si l’IA pouvait fonctionner à la fois via du matériel et des logiciels, elle pourrait peut-être effectuer des tâches plus complexes en utilisant moins d’énergie.

« Nous avons essentiellement imité des expériences réalisées sur des limaces de mer dans des matériaux quantiques pour comprendre comment ces matériaux peuvent être intéressants pour l’IA », a déclaré Ramanathan.

Des études en neurosciences ont montré que la limace de mer démontre une accoutumance lorsqu’elle cesse de retirer autant ses branchies en réponse à une pression sur le siphon. Mais un choc électrique sur sa queue provoque un retrait beaucoup plus spectaculaire de ses branchies, montrant une sensibilisation.

Pour l’oxyde de nickel, l’équivalent d’un « retrait des branchies » est un changement accru de résistance électrique. Les chercheurs ont découvert que l’exposition répétée du matériau à l’hydrogène gazeux entraîne une diminution du changement de résistance électrique de l’oxyde de nickel au fil du temps, mais l’introduction d’un nouveau stimulus comme l’ozone augmente considérablement le changement de résistance électrique.

Inspiré par ces résultats, un groupe de recherche dirigé par Kaushik Roy, Edward G. Tiedemann Jr., professeur émérite de génie électrique et informatique de Purdue, a modélisé le comportement de l’oxyde de nickel et construit un algorithme qui a utilisé avec succès ces stratégies d’accoutumance et de sensibilisation pour classer les points de données en clusters.

« Le dilemme stabilité-plasticité n’est pas du tout résolu. Mais nous avons montré un moyen de le résoudre en fonction du comportement que nous avons observé dans un matériau quantique », a déclaré Roy. « Si nous pouvions transformer un matériau qui apprend comme celui-ci en matériel à l’avenir, alors l’IA pourrait effectuer des tâches beaucoup plus efficacement. »

Pour une utilisation pratique des matériaux quantiques en tant que matériel d’IA, les chercheurs devront trouver comment appliquer l’habituation et la sensibilisation dans les systèmes à grande échelle. Ils devraient également déterminer comment un matériau pourrait répondre à des stimuli lorsqu’il est intégré dans une puce informatique.

Cette étude est un point de départ pour guider ces prochaines étapes, ont déclaré les chercheurs. En plus des expériences réalisées à Purdue, une équipe de l’Université Rutgers a effectué des calculs théoriques détaillés pour comprendre ce qui se passait dans l’oxyde de nickel à un niveau microscopique pour imiter les caractéristiques d’intelligence de la limace de mer. Le laboratoire national d’Argonne a caractérisé les propriétés de l’échantillon d’oxyde de nickel et l’Université de Géorgie a mesuré la conductivité pour analyser davantage le comportement du matériau.


« L’apprentissage organique » imite certains aspects de la pensée humaine


Plus d’information:
Apprentissage neuromorphique avec l’isolant de Mott NiO, Actes de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI : 10.1073/pnas.2017239118

Fourni par l’Université Purdue

Citation: Tirant des leçons d’une limace de mer, une étude indique un meilleur matériel pour l’intelligence artificielle (2021, 14 septembre) récupéré le 14 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-lessons-sea-slug-hardware-artificial .html

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