來(lái)自日本的研究人員設(shè)計(jì)了一種基于電極 - 離子液體界面處的介電弛豫的可調(diào)物理儲(chǔ)層裝置。

物理油藏計(jì)算 （PRC） 依賴于物理系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。它是一個(gè)有吸引力的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，能夠以低功耗執(zhí)行時(shí)間序列信號(hào)的高速處理。

PRC系統(tǒng)的可調(diào)諧性最小，限制了它可以處理的信號(hào)。來(lái)自日本的研究人員發(fā)現(xiàn)，離子液體作為一種易于調(diào)諧的物理儲(chǔ)層設(shè)備，可以通過(guò)改變粘度來(lái)增強(qiáng)在廣泛的時(shí)間尺度上處理信號(hào)。

在涉及傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用中，規(guī)范通常是邊緣AI。邊緣的AI具有低功耗要求以及高速數(shù)據(jù)處理能力。這兩個(gè)特征在實(shí)時(shí)處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)都很有吸引力。

物理油藏計(jì)算（PRC）可以極大地簡(jiǎn)化邊緣AI的計(jì)算范式。PRC 可用于將模擬信號(hào)存儲(chǔ)和處理到邊緣 AI 設(shè)備中。固態(tài) PRC 系統(tǒng)的特點(diǎn)是特定的時(shí)間尺度，這些時(shí)間尺度不容易調(diào)整，并且對(duì)于大多數(shù)物理信號(hào)來(lái)說(shuō)通常太快。時(shí)間尺度的不匹配和低可控性使得PRC在很大程度上不適合在生活環(huán)境中實(shí)時(shí)處理信號(hào)。

來(lái)自日本的研究小組包括東京理科大學(xué)的博士生木下健太郎和博士生桑圭教授，以及來(lái)自國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所的高級(jí)研究人員赤永弘之博士、志摩久博士和內(nèi)藤康久博士，在發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的一項(xiàng)新研究中，建議使用液態(tài)中國(guó)系統(tǒng)?！坝靡后w水庫(kù)取代傳統(tǒng)的固體儲(chǔ)層應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致人工智能設(shè)備能夠直接實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境產(chǎn)生的信號(hào)（如語(yǔ)音和振動(dòng)）的時(shí)間尺度，”Kinoshita教授解釋說(shuō)。“離子液體是穩(wěn)定的熔鹽，完全由自由漫游的電荷組成。離子液體的介電弛豫，或者其電荷如何重新排列作為對(duì)電信號(hào)的響應(yīng)，可以用作儲(chǔ)層，并且對(duì)邊緣AI物理計(jì)算有很大的希望。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種含有有機(jī)鹽的離子液體（IL）的PRC系統(tǒng)，1-烷基-3-甲基咪唑雙（三氟甲烷磺?；﹣啺罚ǎ跼mim+］ ［TFSI-］ R = 乙基（e），丁基（b），己基（h）和辛基（o）），其陽(yáng)離子部分（帶正電荷的離子）可以很容易地隨著所選烷基鏈的長(zhǎng)度而變化。

研究小組制造了金間隙電極，并用IL填補(bǔ)了間隙，“我們發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的時(shí)間尺度雖然性質(zhì)復(fù)雜，但可以直接由IL的粘度控制，這取決于陽(yáng)離子烷基鏈的長(zhǎng)度。改變有機(jī)鹽中的烷基很容易做到，它為我們提供了一個(gè)可控的、可設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，適用于一系列信號(hào)壽命，允許將來(lái)廣泛的計(jì)算應(yīng)用，“Kinoshita教授說(shuō)。通過(guò)在2到8個(gè)單位之間調(diào)整烷基鏈長(zhǎng)度，研究人員實(shí)現(xiàn)了1-20毫秒之間的特征響應(yīng)時(shí)間，更長(zhǎng)的烷基側(cè)鏈導(dǎo)致更長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間和可調(diào)諧的AI學(xué)習(xí)性能。

使用AI圖像識(shí)別任務(wù)揭示了系統(tǒng)的可調(diào)諧性。AI呈現(xiàn)了一個(gè)手寫圖像作為輸入，該圖像由1 ms寬的矩形脈沖電壓表示。通過(guò)增加側(cè)鏈長(zhǎng)度，該團(tuán)隊(duì)使瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)接近目標(biāo)信號(hào)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，并且對(duì)于更高的鏈長(zhǎng)度，辨別率得到提高。這是因?yàn)椋c［emim+］ ［TFSI-］相比，電流在大約1 ms內(nèi)放寬到其值，具有更長(zhǎng)側(cè)鏈的IL，反過(guò)來(lái)，更長(zhǎng)的松弛時(shí)間更好地保留了時(shí)間序列數(shù)據(jù)的歷史記錄，提高了識(shí)別精度。當(dāng)使用8個(gè)單元的最長(zhǎng)側(cè)鏈時(shí)，辨別率達(dá)到90.2%的峰值。

研究結(jié)果很有希望，因?yàn)檠菔颈砻?，基于電極-離子液體界面介電弛豫的PRC系統(tǒng)可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變IL的粘度來(lái)根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，為邊緣AI設(shè)備鋪平了道路，這些設(shè)備可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)生活環(huán)境中產(chǎn)生的各種信號(hào)。

審核編輯：郭婷