I ricercatori della RMIT University hanno tratto ispirazione dall'optogenetica, uno strumento emergente nelle biotecnologie, sviluppare un dispositivo che replichi il modo in cui il cervello immagazzina e perde informazioni. L'optogenetica consente agli scienziati di approfondire il sistema elettrico del corpo con incredibile precisione, usando la luce per manipolare i neuroni in modo che possano essere accesi o spenti.

Il nuovo chip si basa su un materiale ultrasottile che cambia la resistenza elettrica in risposta a diverse lunghezze d'onda della luce, consentendogli di imitare il modo in cui i neuroni lavorano per memorizzare ed eliminare le informazioni nel cervello. Il leader del team di ricerca, il dott. Sumeet Walia, ha affermato che la tecnologia ha applicazioni nella tecnologia dell'intelligenza artificiale (AI) in grado di sfruttare tutte le funzionalità sofisticate del cervello.

"Il nostro chip di ispirazione optogenetica imita la biologia fondamentale del miglior computer della natura:il cervello umano, " disse Walia. "Potendo immagazzinare, eliminare ed elaborare le informazioni è fondamentale per l'elaborazione, e il cervello lo fa in modo estremamente efficiente. Siamo in grado di simulare l'approccio neurale del cervello semplicemente illuminando con colori diversi il nostro chip. Questa tecnologia ci porta più avanti sulla strada verso velocità, elaborazione basata sulla luce efficiente e sicura. Ci porta anche un importante passo avanti verso la realizzazione di un cervello bionico, un cervello su un chip che può imparare dal suo ambiente proprio come fanno gli umani".

Dottor Taimur Ahmed, autore principale dello studio pubblicato su Materiali funzionali avanzati , ha affermato che essere in grado di replicare il comportamento neurale su un chip artificiale ha offerto strade entusiasmanti per la ricerca in tutti i settori. "Questa tecnologia crea enormi opportunità per i ricercatori per comprendere meglio il cervello e come è affetto da disturbi che interrompono le connessioni neurali, come il morbo di Alzheimer e la demenza, " ha detto Ahmed.

I ricercatori, dal Functional Materials and Microsystems Research Group di RMIT, hanno anche dimostrato che il chip può eseguire operazioni logiche, spuntando un'altra casella per funzionalità simili al cervello. Sviluppato presso il MicroNano Research Facility di RMIT, la tecnologia è compatibile con l'elettronica esistente, ed è stato anche dimostrato su una piattaforma flessibile per l'integrazione nell'elettronica indossabile.

Come funziona il chip

Le connessioni neurali avvengono nel cervello attraverso impulsi elettrici. Quando piccoli picchi di energia raggiungono una certa soglia di tensione, i neuroni si legano insieme, l'inizio della creazione della memoria. Sul chip, la luce viene utilizzata per generare una fotocorrente. Il passaggio da un colore all'altro fa sì che la corrente inverta la direzione da positiva a negativa. Questo spostamento di polarità è equivalente al legame e alla rottura delle connessioni neurali, un meccanismo che consente ai neuroni di connettersi (e indurre l'apprendimento) o inibire (e indurre l'oblio).

Questo è simile all'optogenetica, in cui la modificazione dei neuroni indotta dalla luce li accende o li spegne, abilitando o inibendo le connessioni al neurone successivo nella catena. Per sviluppare la tecnologia, i ricercatori hanno utilizzato un materiale chiamato fosforo nero (BP) che può essere intrinsecamente difettoso in natura. Questo di solito è un problema per l'optoelettronica, ma con l'ingegneria di precisione, i ricercatori sono stati in grado di sfruttare i difetti per creare nuove funzionalità.

"I difetti sono generalmente visti come qualcosa da evitare, ma qui li usiamo per creare qualcosa di nuovo e utile, " Ha detto Ahmed. "Si tratta di un approccio creativo alla ricerca di soluzioni per le sfide tecniche che dobbiamo affrontare".