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Selbstlernendes Stromnetz

30.03.2022

Wissenschaftler der University of Pennsylvania haben einen neuen Ansatz für maschinelles Lernen entdeckt. Eine herkömmliche elektrische Schaltung lernte, Blumen allein an der Größe ihrer Blütenblätter zu erkennen.

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Physikers Samuel Dillavu stellte ein kleines elektrisches Netzwerk zusammen, indem es zufällig 16 Widerstände miteinander verband. Forscher stellen die Spannung für bestimmte Eingangsknoten ein und lesen die Ausgangsknoten. Durch die eigene Anpassung der Widerstände hat das Netzwerk gelernt, die gewünschten Daten für einen gegebenen Satz von Eingangswerten zu erzeugen.

„Das Netzwerk wurde eingerichtet, um viele einfache KI-Aufgaben auszuführen“, sagt Dillavu. „Zum Beispiel kann es anhand von vier Parametern mit einer Genauigkeit von über 95 % zwischen drei Arten von Schwertlilien unterscheiden: der Länge und Breite der Blütenblätter und Kelchblätter."

Für maschinelles Lernen mit KI werden in der Regel künstliche neuronale Netze verwendet. Solche Netzwerke existieren normalerweise nur im Speicher des Computers. Ein neuronales Netz besteht aus Punkten oder Knoten, die jeweils einen Wert von 0 bis 1 annehmen können und durch Kanten verbunden sind. Jede Kante hat ihr eigenes Gewicht, abhängig von den Werten in den Knoten. Beim Training eines solchen Systems ist es notwendig, das Gewicht der Kanten anzupassen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

"Dies ist ein komplexes Optimierungsproblem, das mit der Größe des Netzwerks erheblich zunimmt und viele Rechenressourcen erfordert", bemerkt Dillavu. "Die Situation wird dadurch kompliziert, dass alle Kanten gleichzeitig gestimmt werden müssen."

Um dieses Problem zu umgehen, suchten Physiker nach Systemen, die sich ohne externe Berechnungen selbst abstimmen können. Die Wissenschaftler bauten zwei identische Netzwerke übereinander. In einem geschlossenen Netzwerk legten sie Spannung an und fixierten die gewünschten Werte an den Ausgangselementen. In einem offenen Netz wurde nur die Spannung am Eingangswiderstand eingestellt.

Das System passte den Widerstand über die Widerstände in den beiden Netzwerken in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen identischen Knoten in jedem von ihnen an. Über mehrere Iterationen brachten diese Anpassungen alle Spannungen über alle Widerstände in den beiden Netzwerken in Einklang. Das System hat gelernt, die richtige Ausgabe für gegebene Eingabewerte zu erzeugen.

„Dieser Aufbau ist sehr rechenintensiv“, sagt Dillavu, „das System muss lediglich den Spannungsabfall an den entsprechenden Widerständen im geschlossenen und freien Netz mit einem Komparator vergleichen.“ Unsere Arbeit beweist die grundsätzliche Möglichkeit einer neuen Art des maschinellen Lernens, die dies tut erfordern keine großen Berechnungen."

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

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Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Etikette liegt in den Genen 29.04.2012

Warum werden manche Menschen Spender oder verwöhnen ihre Nachbarn mit leckeren Kuchen, während andere Klatsch verbreiten und immer fluchen? Wissenschaftler der University of Buffalo und der University of California glauben, dass die Ursache eine Kombination aus Genen und Hormonen ist.

Es wird angenommen, dass die Hormone Oxytocin und Vasopressin beeinflussen, wie Menschen miteinander umgehen. Labortests haben gezeigt, dass Menschen besser kommunizieren und sich bei Wirtschaftsspielen hervortun, wenn sie ein Oxytocin enthaltendes Aerosol inhalieren. Bisher wurden jedoch keine groß angelegten Studien zu diesem Thema durchgeführt.

In der neuen Studie konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Biologie der Hormone, anstatt Oxytocin zu injizieren. Hormone wirken, indem sie an Rezeptoren in Zellen binden. Diese Rezeptoren haben unterschiedliche Formen, zum Beispiel hat der Oxytocin-Rezeptor zwei Formen und Vasopressin hat sogar noch mehr.

An der Studie nahmen 711 Versuchspersonen teil. Ihnen wurden verschiedene Fragen zur Bürgerpflicht gestellt: Sollen sie Steuern zahlen, eine Straftat anzeigen, sind die Menschen in der Nähe gut oder im Gegenteil schlecht usw. Gleichzeitig wurde den Befragten eine Speichelprobe zur DNA-Analyse entnommen und festgestellt, in welcher Form die Oxytocin- und Vasopressin-Rezeptoren vorliegen.

Es stellte sich heraus, dass Menschen, die die Welt aus einem negativen Blickwinkel betrachten und anderen mit geringerer Wahrscheinlichkeit helfen, keine Form von Rezeptoren haben, die mit Freundlichkeit und einer positiven Einstellung gegenüber Menschen verbunden sind. Die "positive" Version des Gens ermöglicht es Ihnen, das Gefühl zu überwinden, dass die ganze Welt voller Gefahren, Betrug und Gewalt ist.

Die Ergebnisse der Studie weisen nicht auf einen direkten Zusammenhang zwischen Genen und Sozialverhalten hin – die meisten Verbindungen zwischen DNA und Sozialverhalten sind sehr komplex und viel tiefer als die Form von Rezeptoren. Großzügigkeit, Fürsorge, Bürgersinn etc. mit bestimmten Genen assoziiert, und dies kann nachgewiesen werden. Möglicherweise lässt sich in Zukunft mit einem einfachen DNA-Test die potentielle Unversehrtheit einer Person nachweisen.

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