Il chip che imita la vista umana potrebbe aprire la strada all’occhio bionico intelligente
Un dispositivo capace non soltanto di vedere, ma anche di ricordare e interpretare ciò che osserva. È l’obiettivo di un nuovo prototipo sviluppato dalla RMIT University, basato sulla cosiddetta visione neuromorfica, un approccio che cerca di riprodurre alcuni dei meccanismi utilizzati dal sistema visivo biologico.
La tecnologia potrebbe rappresentare, in futuro, uno dei tasselli necessari per realizzare un occhio bionico intelligente. Ma le possibili applicazioni vanno oltre il settore biomedicale: sistemi simili potrebbero trovare spazio nella robotica, nei veicoli autonomi, nei sensori intelligenti e nella visione artificiale, con il vantaggio di ridurre la quantità di dati da trasferire e, di conseguenza, il consumo energetico.
Un sensore che non si limita a catturare immagini
Il funzionamento è molto diverso da quello di una normale fotocamera digitale. Nei sistemi tradizionali, il sensore acquisisce le immagini e una grande quantità di informazioni viene successivamente trasferita verso memoria e processore per essere elaborata.
Il prototipo della RMIT University, invece, riunisce rilevamento, memoria ed elaborazione nello stesso sistema. In questo modo buona parte delle operazioni viene eseguita direttamente vicino al punto in cui nasce il segnale visivo.
La conseguenza è importante: riducendo il continuo spostamento di informazioni tra sensori, memoria e unità di calcolo separate, diventa possibile affrontare determinate operazioni visive utilizzando meno dati e meno energia.
Alla base del dispositivo c’è il disolfuro di molibdeno (MoS₂), un materiale semiconduttore ultr sottile sul quale il gruppo di ricerca lavora da tempo. Il cuore del prototipo è costituito da un chip di appena 2 x 2 centimetri, inserito all’interno di un sistema più grande, dalle dimensioni di circa 15 x 14 x 3 centimetri, che comprende l’elettronica necessaria per leggere, elaborare e comunicare le informazioni.
Durante gli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno addestrato il sistema a riconoscere diversi tipi di pattern, tra cui numeri, forme e movimento. Il dispositivo è riuscito a individuare cambiamenti nella scena osservata, conservarne traccia in memoria e utilizzare localmente queste informazioni.
Perché il funzionamento ricorda quello della vista biologica
L’aspetto centrale della ricerca è proprio l’integrazione di funzioni che, nei computer convenzionali, vengono normalmente affidate a componenti differenti.
Secondo Taimur Ahmed, co-sviluppatore del dispositivo e ricercatore specializzato nella visione neuromorfica, il prototipo non deve essere considerato semplicemente un sensore che raccoglie informazioni: è infatti in grado anche di elaborarle.
È un principio che cerca di avvicinare l’elettronica al funzionamento della visione biologica, dove occhio e cervello collaborano per selezionare e interpretare continuamente gli stimoli provenienti dall’ambiente senza dover trattare ogni informazione nello stesso modo.
Una caratteristica del genere sarebbe particolarmente interessante per un futuro occhio bionico. Un dispositivo realmente intelligente dovrebbe infatti fare molto più che acquisire immagini: dovrebbe riconoscere rapidamente i cambiamenti significativi nell’ambiente, conservare le informazioni utili ed elaborare i segnali visivi con un consumo energetico estremamente contenuto.
L’applicazione concreta in un occhio bionico resta comunque una prospettiva futura e non un prodotto già pronto. Il lavoro attuale rappresenta soprattutto una piattaforma tecnologica sulla quale potrebbero essere costruiti sistemi più avanzati.
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Un nuovo processo produttivo per ridurre i difetti
La ricerca ha affrontato anche uno dei problemi legati alla produzione di dispositivi basati su materiali estremamente sottili.
Nel lavoro pubblicato sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces, il gruppo ha sviluppato un processo di trasferimento più pulito e basato sull’acqua per i semiconduttori e gli elettrodi ultr sottili.
Secondo i risultati riportati, il nuovo metodo permette di ottenere un numero sensibilmente inferiore di difetti rispetto alle tecniche convenzionali. Una maggiore qualità nella fabbricazione si traduce in dispositivi con migliori prestazioni elettriche e una maggiore capacità di rilevare la luce.
Il professor Sumeet Walia, alla guida del progetto presso il centro RMIT dedicato ai materiali e ai sensori optoelettronici, ha sottolineato come la natura rappresenti un modello particolarmente efficace per affrontare alcune delle difficoltà dell’elettronica moderna.
Il sistema formato dall’occhio e dal cervello umano, infatti, riesce a elaborare enormi quantità di informazioni visive consumando relativamente poca energia. Replicare almeno in parte questa efficienza rappresenta uno degli obiettivi della ricerca neuromorfica.
Dall’occhio bionico a un’intelligenza artificiale più efficiente
Le implicazioni del progetto potrebbero interessare anche un settore apparentemente distante dalla medicina: quello dell’intelligenza artificiale.
Una parte significativa del consumo energetico dei moderni sistemi informatici deriva non soltanto dai calcoli, ma anche dalla necessità di spostare continuamente grandi quantità di dati tra sensori, memoria, processori e infrastrutture di elaborazione.
L’approccio neuromorfico punta invece a portare una parte dell’intelligenza direttamente vicino al sensore. Se un dispositivo è in grado di riconoscere localmente quali informazioni siano importanti, può diminuire la quantità di dati che devono essere trasferiti, memorizzati ed elaborati altrove.
È un concetto particolarmente interessante mentre la crescita dell’IA aumenta la domanda di infrastrutture di calcolo e di data center sempre più potenti.
La sfida principale sarà ora capire se una tecnologia di questo tipo possa essere scalata mantenendo prestazioni, affidabilità ed efficienza. Se ciò sarà possibile, il prototipo della RMIT potrebbe contribuire non soltanto allo sviluppo di futuri occhi bionici, ma anche a una nuova generazione di sistemi di visione artificiale capaci di osservare e interpretare l’ambiente consumando molta meno energia.
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