Sensory Adaptation in Biomolecular Memristors Improves Reservoir Computing Performance

油藏计算 计算机科学 神经形态工程学 翼型 MNIST数据库 人工智能 适应(眼睛) 人工神经网络 模式识别(心理学) 深度学习 非线性系统 机器学习 工程类 循环神经网络 结构工程 物理 光学 量子力学
作者
Joshua J. Maraj,Kevin Haughn,Daniel J. Inman,Stephen A. Sarles
出处
期刊:Advanced intelligent systems [Wiley]
卷期号:5 (8) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/aisy.202300049
摘要

Despite its prevalence in neurosensory systems for pattern recognition, event detection, and learning, the effects of sensory adaptation (SA) are not explored in reservoir computing (RC). Monazomycin‐based biomolecular synapse (MzBS) devices that exhibit volatile memristance and short‐term plasticity with two strength‐dependent modes of response are studied: facilitation and facilitation‐then‐depression (i.e., SA). Their ability to perform RC tasks including digit recognition, nonlinear function learning, and aerodynamic gust classification via combination of model‐based device simulations and physical experiments where SA presence is controlled is studied. Simulations exhibiting moderate SA achieve significantly higher accuracy classifying a custom 5 × 5 binary digit set, with experimental validation achieving maximum testing accuracies of 90%. Classifications of the Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) handwritten digit dataset achieve a maximum testing accuracy of 94.34% in devices with SA. Fitting error of the Mackey–Glass time series is also significantly reduced by SA. Experimentally obtained pressure distributions representing gusts on an airfoil in a wind tunnel are classified by MzBS reservoirs. Reservoirs exhibiting SA achieve 100% accuracy, unlike MzBS reservoirs without SA and comparable static neural networks.

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