I neuroni ionici artificiali possono immagazzinare memorie elettroniche

Scienziati del CNRS e dell’École Normale Supérieure – PSL hanno scoperto come sviluppare neuroni artificiali usando ioni per trasportare informazioni, come le cellule nervose biologiche.

I neuroni ionici artificiali segneranno un passo importante per la scienza? Il loro degli scienziati, pubblicato sulla rivista Science, riporta che i dispositivi realizzati con un singolo strato di acqua che trasportano ioni in nanoparticelle di grafene hanno la stessa capacità di trasmissione di un neurone, come affermato in un comunicato stampa.

Con un consumo energetico equivalente a due banane al giorno, il cervello umano può svolgere molti compiti complessi. La sua elevata efficienza energetica dipende in particolare dalla sua unità di base, il neurone, che possiede una membrana con pori nanometrici chiamati canali ionici, che si aprono e si chiudono in base agli stimoli ricevuti.

I flussi di ioni risultanti creano una corrente elettrica responsabile dell’emissione di potenziali d’azione, segnali (onde di scarica elettrica) che consentono ai neuroni di comunicare tra loro.

L’intelligenza artificiale può svolgere tutti questi compiti, ma solo al costo di consumare decine di migliaia di volte più energia del cervello umano.

Emulare il cervello

Pertanto, l’attuale sfida della ricerca consiste nel progettare sistemi elettronici efficienti dal punto di vista energetico quanto il cervello umano, ad esempio utilizzando ioni, non elettroni, per trasportare le informazioni.

Per fare questo, la nanofluidica, lo studio del comportamento dei fluidi in canali di larghezza inferiore a 100 nanometri, offre molte prospettive.

In un nuovo studio, un team dell’ENS Laboratoire de Physique (CNRS/ENS-PSL/Università della Sorbona/Università di Parigi) mostra come costruire un prototipo di neurone artificiale costituito da fessure di grafene estremamente sottili contenenti un singolo strato di molecole di acqua.

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Gli scienziati hanno dimostrato che, sotto l’effetto di un campo elettrico, gli ioni in questo strato d’acqua si riuniscono in gruppi allungati e sviluppano una proprietà nota come effetto memristore: questi gruppi conservano alcuni degli stimoli ricevuti in passato.

Come il cervello, le fessure del grafene imitano i canali ionici, i cluster e i flussi ionici.

Utilizzando strumenti teorici e numerici, gli scienziati hanno mostrato come assemblare questi gruppi per riprodurre il meccanismo fisico di emissione di potenziali d’azione e quindi di trasmissione di informazioni.

Questo lavoro teorico continua in via sperimentale all’interno del team francese, in collaborazione con scienziati dell’Università di Manchester (Regno Unito).

Si tratta solo di dimostrarlo

Una questione di dimostrarlo L’obiettivo è ora dimostrare sperimentalmente che tali sistemi possono implementare semplici algoritmi di apprendimento che possono servire come base per le memorie elettroniche di domani, vale a dire essere in grado di ricordare grazie a neuroni artificiali.

Non è la prima volta che si verifica uno sviluppo di questa natura. Nel 2018, gli scienziati sudcoreani hanno creato una sinapsi artificiale che imita la memoria umana. Questa sinapsi artificiale consente la creazione, l’archiviazione e la cancellazione dei ricordi, anche quelli della memoria a lungo termine.

Il nuovo modello è una nuova versione di un memristore, o resistore di memoria, la cui natura liquida è la sua principale innovazione: la maggior parte dei memristori esistenti non usa il liquido, come invece fa il cervello.

Mentre le applicazioni di questo nuovo memristor sono ancora solo speculazioni, gli esperti ritengono che si tratti di uno sviluppo che aiuterà a capire meglio come il cervello elabora le informazioni. Aiuterà anche a sviluppare nuove teorie computazionali simili ai processi cerebrali, sottolinea la rivista Livescience.

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Questo nuovo sviluppo avanza anche nella linea dell’aumento artificiale delle funzioni neuronali biologiche, come previsto dal progetto Neuralink di Elon Musk che si propone di impiantare chip di computer nel cervello per aprire una nuova era della cognizione umana. .

Ora sappiamo come implementare le memorie elettroniche seguendo lo stesso sistema che usa il cervello biologico.

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