Computing neuromorfico: creato un nuovo chip che imita il cervello
I ricercatori della Colorado State University e delle università australiane RMIT, ANU, QUT hanno realizzato un chip elettronico ultrasottile che, a loro dire, può imitare il modo in cui i neuroni lavorano per archiviare e cancellare le informazioni nel cervello. Realizzato con un materiale chiamato fosforo nero, il chip rappresenta a detta dei ricercatori un importante passo avanti nel computing neuromorfico, che modella il sistema nervoso utilizzando circuiti elettronici.
“Questo chip rappresenta un passo importante verso la realizzazione di un cervello bionico, ovvero un brain-on-a-chip che può imparare dal suo ambiente proprio come fanno gli umani”, ha detto il capo del team di ricerca Sumeet Walia del RMIT. I ricordi iniziano a essere fatti nel cervello quando piccoli picchi di energia elettrica raggiungono una soglia di tensione che “lega” un gruppo di neuroni. Le connessioni attive tendono a diventare più forti, mentre quelle non utilizzate diventano più deboli e possono eventualmente scomparire del tutto.
Sul chip, descritto in un articolo pubblicato su Advanced Functional Materials, la luce viene utilizzata per generare una fotocorrente. Passando da un colore all’altro, la corrente inverte la direzione da positiva a negativa. Questo interruttore di direzione, o spostamento di polarità, equivale al legame e alla rottura delle connessioni neurali, un meccanismo che consente ai neuroni di connettersi e indurre l’apprendimento o l’inibizione e indurre così a dimenticare.
Il lavoro è stato ispirato da una branca emergente in biotecnologia chiamata optogenetica, che utilizza la luce per controllare le cellule dei tessuti viventi, tipicamente neuroni, che sono stati geneticamente modificati per rispondere alla luce. Ciò consente agli scienziati di addentrarsi nel sistema elettrico del corpo con incredibile precisione, usando la luce per manipolare i neuroni in modo che possano essere accesi o spenti.
“Il nostro chip ispirato all’optogenetica imita la biologia fondamentale del miglior computer della natura: il cervello umano. La traduzione di sinapsi biologiche su una piattaforma hardware è un passo importante verso la realizzazione di un’elettronica ispirata al cervello e al precipizio”, continua Walia. “Essere in grado di archiviare, cancellare ed elaborare le informazioni è fondamentale per l’informatica e il cervello lo fa in modo estremamente efficiente. Siamo in grado di simulare l’approccio neurale del cervello semplicemente facendo brillare diversi colori sul nostro chip”.
I ricercatori hanno usato a loro vantaggio la natura “intrinsecamente difettosa” del fosforo nero. Mentre i difetti sono di solito un problema per l’optoelettronica, con l’ingegneria di precisione i ricercatori sono stati in grado di usarli per creare nuove funzionalità. “I difetti sono solitamente considerati come qualcosa da evitare, ma qui li stiamo usando per creare qualcosa di nuovo e utile” ha detto il dottor Taimur Ahmed, autore principale del documento Multifunctional Optoelectronics via Harnessing Defects in Layered Black Phosphorus.
“È un approccio creativo alla ricerca di soluzioni per le sfide tecniche che affrontiamo”, ha affermato. Questa tecnologia ha un potenziale notevole anche per l’elettronica a bassa potenza e indossabile e rappresenta un passo importante verso “un’elaborazione veloce, efficiente e sicura basata sulla luce”.
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