AvanTICreate sinapsi artificiali 10.000 volte più veloci di quelle biologiche

Un nuovo studio condotto dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha portato alla realizzazione di sinapsi artificiali 1.000 volte più piccole e 10.000 volte più veloci di quelle biologiche. L’idea di fondo è quella di realizzare chip per computer i cui componenti si comportano come neuroni e sinapsi naturali così da avvicinarci sempre di più all’efficienza energetica del cervello umano.
I ricercatori del MIT hanno dimostrato che un singolare progetto di sinapsi artificiale che imita la dipendenza del cervello dagli ioni in movimento potrebbe effettivamente superare in modo significativo quelli biologici. La svolta fondamentale è stata la ricerca di un materiale capace di tollerare campi elettrici estremi, che ha migliorato notevolmente la velocità con cui gli ioni potevano muoversi.
Molte ricerche si sono finora concentrate sulla progettazione di “memristori”, componenti elettronici che controllano il flusso di corrente in base alla quantità di carica precedentemente fluita attraverso il dispositivo. Questo imita il modo in cui le connessioni tra i neuroni biologici aumentano o diminuiscono, il che significa che questi dispositivi potrebbero in linea di principio essere utilizzati per creare reti con proprietà simili alle reti neurali biologiche.
I ricercatori del MIT hanno quindi progettato un componente la cui conduttività è regolata dall’inserimento o dalla rimozione di protoni in un canale di vetro fosfosilicato (PSG). In una certa misura, questo imita il comportamento delle sinapsi biologiche, che usano gli ioni per trasmettere segnali attraverso il divario tra due neuroni. Il dispositivo è dotato di due terminali che sono essenzialmente l’ingresso e l’uscita della sinapsi. Un terzo terminale viene usato per applicare un campo elettrico, che stimola i protoni a spostarsi da un serbatoio nel canale PSG o viceversa a seconda della direzione del campo elettrico. Più protoni nel canale ne aumentano la resistenza.
L’utilizzo del PSG ha aumentato di molto la velocità di commutazione del dispositivo. Questo perché i pori di dimensioni nanometriche nella sua struttura consentono ai protoni di muoversi molto rapidamente attraverso il materiale e anche perché può resistere a impulsi di campo elettrico molto forti senza degradarsi. Il dispositivo del MIT è così in grado di funzionare fino a 10 volt con impulsi di appena 5 nanosecondi. Ciò consente quindi alla sinapsi artificiale di operare 10.000 volte più velocemente della sua controparte biologica. Inoltre, il dispositivo è largo solo pochi nanometri, il che lo rende 1.000 volte più piccolo delle sinapsi biologiche.
Ovviamente c’è molta strada da fare prima di passare da una singola sinapsi artificiale a grandi reti capaci di eseguire una seria elaborazione delle informazioni. Tuttavia, l’eccezionale velocità e le ridotte dimensioni dei componenti suggeriscono che questa è una direzione molto promettente nella ricerca di un nuovo hardware che possa eguagliare o addirittura superare la potenza del cervello umano.