Scienziati creano il primo computer simile al cervello usando acqua e sale
La rivoluzione della sinapsi artificiale: un passo avanti verso il calcolo neuromorfico iontronico
Un team di fisici teorici dell’Università di Utrecht, in collaborazione con fisici sperimentali dell’Università di Sogang in Corea del Sud, ha realizzato una sinapsi artificiale che funziona con acqua e sale, fornendo la prima prova che un sistema che utilizza lo stesso mezzo del nostro cervello può elaborare informazioni complesse. I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences .
• La rivoluzione della sinapsi artificiale: un passo avanti verso il calcolo neuromorfico iontronico
• Un significativo passo avanti
Nella ricerca di migliorare l’efficienza energetica dei computer convenzionali, gli scienziati si sono da tempo ispirati al cervello umano, cercando di emularne la straordinaria capacità in vari modi. Questi sforzi hanno portato allo sviluppo di computer simili al cervello, che si discostano dal tradizionale processo binario per abbracciare metodi analogici simili a quelli del nostro cervello. Tuttavia, mentre il nostro cervello opera utilizzando acqua e particelle di sale disciolte chiamate ioni come mezzo, la maggior parte dei computer attuali ispirati al cervello si basa su materiali solidi convenzionali.
Questo solleva la domanda: non potremmo ottenere una replica più fedele del funzionamento del cervello adottando lo stesso mezzo? Questa intrigante possibilità è al centro del nascente campo del calcolo neuromorfico iontronico.
Nell’ultimo studio pubblicato su PNAS , gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta che un sistema basato su acqua e sale è in grado di elaborare informazioni complesse, riflettendo la funzionalità del nostro cervello. Al centro di questa scoperta c’è un minuscolo dispositivo di 150 per 200 micrometri, che imita il comportamento di una sinapsi, un componente essenziale nel cervello responsabile della trasmissione dei segnali tra i neuroni.
Tim Kamsma, dottorando presso l’Istituto di Fisica Teorica e l’Istituto Matematico dell’Università di Utrecht e autore principale dello studio, esprime il suo entusiasmo, affermando: “Mentre esistono già sinapsi artificiali in grado di elaborare informazioni complesse basate su materiali solidi, ora dimostriamo per la prima volta che questo risultato può essere ottenuto anche utilizzando acqua e sale”. Egli sottolinea: “Stiamo effettivamente replicando il comportamento neuronale utilizzando un sistema che impiega lo stesso mezzo del cervello”.
Il dispositivo, sviluppato dagli scienziati in Corea e denominato memristore iontronico, comprende un microcanale a forma di cono riempito con una soluzione di acqua e sale. Al ricevimento di impulsi elettrici, gli ioni all’interno del liquido migrano attraverso il canale, portando a variazioni nella concentrazione ionica. A seconda dell’intensità (o durata) dell’impulso, la conduttività del canale si regola di conseguenza, riflettendo il rafforzamento o l’indebolimento delle connessioni tra i neuroni. L’entità del cambiamento nella conduttanza funge da rappresentazione misurabile del segnale di ingresso.
Un’ulteriore scoperta è che la lunghezza del canale influisce sulla durata necessaria affinché i cambiamenti di concentrazione si dissipino. “Ciò suggerisce la possibilità di personalizzare i canali per trattenere ed elaborare informazioni per durate variabili, ancora una volta simili ai meccanismi sinaptici osservati nel nostro cervello”, approfondisce Kamsma.
Un significativo passo avanti
Kamsma sottolinea la natura fondamentale della ricerca, evidenziando che il calcolo neuromorfico iontronico, pur essendo in rapida crescita, è ancora agli albori. L’obiettivo previsto è un sistema informatico notevolmente superiore in termini di efficienza ed energia rispetto alla tecnologia odierna. Tuttavia, se questa visione si concretizzerà rimane al momento speculativo. Nonostante ciò, Kamsma considera la pubblicazione come un passo significativo in avanti.
“Rappresenta un avanzamento cruciale verso computer non solo capaci di imitare i modelli di comunicazione del cervello umano, ma anche di utilizzare lo stesso mezzo”, afferma. “Forse questo alla fine aprirà la strada a sistemi informatici che replicano le straordinarie capacità del cervello umano in modo più fedele”.
Il dottorato di ricerca di Tim Kamsma riceve finanziamenti dalla comunità Science for Sustainability dell’Università di Utrecht. Attraverso il suo programma di dottorato, la comunità promuove la ricerca fondamentale interdisciplinare sulla sostenibilità.