الشبكة العصبية الفيزيائية

في ستينيات القرن العشرين، طوّر برنارد ويدرو وتيد هوف نظام ADALINE (العصبون الخطي التكيفي) الذي استخدم خلايا كهروكيميائية تُسمى الميميستورات (مقاومات الذاكرة) لمحاكاة المشابك العصبية في عصبون اصطناعي. ^{[ 4 ]} صُممت الميميستورات كأجهزة ثلاثية الأطراف تعمل بتقنية الطلاء الكهربائي العكسي للنحاس، بحيث تُتحكم المقاومة بين طرفين منها بتكامل التيار المُطبق عبر الطرف الثالث. قامت شركة Memistor Corporation بتسويق دارة ADALINE لفترة وجيزة في ستينيات القرن العشرين، مما أتاح بعض التطبيقات في مجال التعرف على الأنماط. مع ذلك، ولأن الميميستورات لم تُصنع باستخدام تقنيات تصنيع الدوائر المتكاملة، لم تكن هذه التقنية قابلة للتطوير، وتم التخلي عنها في نهاية المطاف مع نضوج الإلكترونيات الصلبة . ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٨٩، نشر كارفر ميد كتابه "الدوائر المتكاملة التناظرية واسعة النطاق والأنظمة العصبية" ^{[ ٦ ]} ، والذي انبثق عنه ربما أكثر أنواع الشبكات العصبية التناظرية شيوعًا. يتم تنفيذ هذا النوع من الدوائر فيزيائيًا باستخدام الدوائر المتكاملة التناظرية واسعة النطاق ، وغالبًا ما يتم ذلك باستخدام ترانزستورات تأثير المجال ذات الانعكاس المنخفض. يمكن نمذجة هذه الأجهزة كدوائر خطية عابرة . هذه تقنية وصفها باري جيلبرت في عدة أوراق بحثية في منتصف سبعينيات القرن العشرين، وخاصة في كتابه " الدوائر الخطية العابرة" الصادر عام ١٩٨١ ^{[ ٧ ] [ ٨ ].} باستخدام هذه الطريقة، يمكن تحليل الدوائر كمجموعة من الدوال المحددة جيدًا في حالة الاستقرار، ومن ثم تجميع هذه الدوائر في شبكات معقدة.

يصف أليكس نوجنت الشبكة العصبية الفيزيائية بأنها عقدة واحدة أو أكثر غير خطية تشبه الخلايا العصبية، تُستخدم لجمع الإشارات، بالإضافة إلى وصلات نانوية مُشكّلة من جسيمات نانوية أو أسلاك نانوية أو أنابيب نانوية، والتي تُحدد قوة الإشارة المُدخلة إلى العقد. ^{[ 9 ]} ويُحدد تاريخ المجال الكهربائي المُطبق محاذاة أو تجميع هذه الوصلات النانوية ذاتيًا، مما يُؤدي وظيفة مماثلة للمشابك العصبية. وتتعدد تطبيقات هذه الشبكات العصبية الفيزيائية ^{[ 10 ]} . فعلى سبيل المثال، يمكن أن يتكون جهاز الجمع الزمني ^{[ 11 ]} من وصلة نانوية واحدة أو أكثر، لكل منها مدخل ومخرج، حيث تُؤدي إشارة الإدخال إلى زيادة قوة اتصال واحدة أو أكثر من هذه الوصلات النانوية بمرور الوقت. مثال آخر على الشبكة العصبية الفيزيائية هو ما ورد في براءة الاختراع الأمريكية رقم 7,039,619 ^{[ 12 ]} بعنوان " جهاز تكنولوجيا النانو المستخدم باستخدام شبكة عصبية وحل وفجوة اتصال"، والتي صدرت لأليكس نوجنت من قبل مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي في 2 مايو 2006. ^{[ 13 ]}

يُظهر براءة الاختراع الأمريكية رقم 7,412,428 بعنوان "تطبيق التعلم الهيبي والتعلم المضاد للهيبي على الشبكات العصبية الفيزيائية القائمة على تكنولوجيا النانو"، والتي صدرت في 12 أغسطس 2008. ^{[ 14 ]}

أظهر نوجنت ومولتر إمكانية الحوسبة الشاملة والتعلم الآلي للأغراض العامة من خلال العمليات المتاحة عبر دوائر الميمريستور البسيطة التي تعمل بقاعدة اللدونة AHaH. ^{[ 15 ]} ومؤخرًا، طُرحت فكرة أن الشبكات المعقدة من دوائر الميمريستور البحتة يمكن أن تعمل أيضًا كشبكات عصبية. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

في عام 2002، وصف ستانفورد أوفشينسكي وسيطًا للحوسبة العصبية التناظرية، حيث تتمتع مادة تغيير الطور بالقدرة على الاستجابة التراكمية لإشارات إدخال متعددة. ^{[ 18 ]} ويُستخدم تغيير كهربائي في مقاومة مادة تغيير الطور للتحكم في ترجيح إشارات الإدخال.

يصف جريج سنايدر من مختبرات إتش بي نظامًا للحوسبة القشرية باستخدام أجهزة نانوية مقاومة للذاكرة. ^{[ 19 ]} تُصنع المقاومات الذاكرية (مقاومات الذاكرة) من مواد أغشية رقيقة، حيث تُضبط المقاومة كهربائيًا عبر نقل الأيونات أو فراغات الأكسجين داخل الغشاء. وقد موّل مشروع SyNAPSE التابع لوكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) كلاً من قسم أبحاث IBM ومختبرات إتش بي، بالتعاون مع قسم الأنظمة الإدراكية والعصبية (CNS) بجامعة بوسطن، لتطوير بنى عصبية الشكل قد تعتمد على أنظمة مقاومة للذاكرة. ^{[ 20 ]}

في عام 2022، أبلغ الباحثون عن تطوير مشابك عصبية اصطناعية مستوحاة من الدماغ على المستوى النانوي ، باستخدام أيون البروتون ( H ^+).), لـ " التعلم العميق التناظري ". ^{[ 21 ] [ 22 ]}