Reservoir computing model using a single nonlinear nanoelectromechanical resonator at atmospheric conditions

Rezervuar hesaplama, hesaplama açısından pahalı tekrarlayan nöral ağlarını (RNN'ler) kullanan geleneksel sistemlere alternatif bir yöntemdir. Bu yöntemde eğitim, yoğun eğitim gerektiren NN'lerde gizli katmanların yerine kara kutu işlevi gören doğrusal olmayan bir fiziksel sistemin yalnızca son katmanında gerçekleştirilir. Bu çalışma, daha önceki çalışmalarda kullanıldığı gibi karmaşık geri besleme döngülerine veya uzaysal olarak genişletilmiş rezervuarlara güvenmek yerine, rezervuar hesaplaması için içsel doğrusal olmayan özelliklere sahip küçük bir nanoelektromekanik sistem (NEMS) rezonatörünün kullanılmasını önermektedir. Doğrusal sınıflandırma, giriş verilerinin daha yüksek boyutlu bir uzaya dönüştürülmesiyle mümkün kılınır; bu, NEMS rezonatörünün doğrusal olmama özelliğinin ve geçici yanıtından kaynaklanan sönümlenen bellek davranışının birleşimi kullanılarak gerçekleştirilir. Mikromekanik rezonatörlerin kullanıldığı rezervuar hesaplamayla karşılaştırıldığında, nanoelektromekanik rezonatörlerin kullanımı, küçük boyutlarından kaynaklanan hızlı bozulma süreleri sayesinde daha hızlı bilgi işlemeyle sonuçlanır. Ayrıca, önerilen NEMS rezervuar hesaplama mimarisinin uygulanması, atmosferik koşullarda çalışabilmesi ve MEMS muadillerine göre daha az yer kaplaması nedeniyle daha pratiktir. Bu çalışma, MNIST el yazısı rakam tanıma görevi ile performansının değerlendirilmesi yoluyla, bir dizi uygulama için önerilen yaklaşımın verimli ve uygulanabilir bilgi işleme potansiyelini vurgulamaktadır.