Neurone e sinapsi nella rete neurale biologica. Credito:Aleksandr Kurenkov e Shunsuke Fukami
Un gruppo di ricerca dell'Università di Tohoku ha sviluppato dispositivi spintronici che sono promettenti per i futuri sistemi di calcolo ad alta efficienza energetica e adottivi, poiché si comportano come neuroni e sinapsi nel cervello umano.
L'odierna società dell'informazione è costruita su computer digitali che si sono evoluti drasticamente per mezzo secolo e sono in grado di eseguire compiti complessi in modo affidabile. Il cervello umano, al contrario, opera con una potenza molto limitata ed è in grado di eseguire compiti complessi in modo efficiente utilizzando un'architettura molto diversa da quella dei computer digitali.
Quindi lo sviluppo di schemi di calcolo o hardware ispirati all'elaborazione delle informazioni nel cervello è di grande interesse per gli scienziati in campi che vanno dalla fisica, chimica, scienza dei materiali e matematica, all'elettronica e all'informatica.
Nell'informatica, ci sono vari modi per implementare l'elaborazione delle informazioni da parte di un cervello. La rete neurale a spillo è un tipo di metodo di implementazione che imita da vicino l'architettura del cervello e l'elaborazione delle informazioni temporali. L'implementazione di successo della rete neurale di picco richiede hardware dedicato con neuroni e sinapsi artificiali progettati per esibire le dinamiche di neuroni e sinapsi biologici.
Utilizzando il concetto di spintronica, dinamica dei neuroni e delle sinapsi, cioè., plasticità che perde integrazione-e-fuoco e dipendente dal tempo di picco, rispettivamente, sono riprodotti attraverso dispositivi spintronici realizzati con lo stesso sistema materiale. Credito:Aleksandr Kurenkov e Shunsuke Fukami
Qui, il neurone artificiale e la sinapsi dovrebbero idealmente essere costituiti dallo stesso sistema materiale e funzionare secondo lo stesso principio di funzionamento. Però, questo è stato un problema impegnativo a causa della natura fondamentalmente diversa del neurone e della sinapsi nelle reti neurali biologiche.
Il gruppo di ricerca, che comprende il professor Hideo Ohno (attualmente presidente dell'università), Professore Associato Shunsuke Fukami, Il dottor Aleksandr Kurenkov e il professor Yoshihiko Horio hanno creato un neurone artificiale e una sinapsi utilizzando la tecnologia spintronica. La spintronica è un campo accademico che mira a utilizzare contemporaneamente le proprietà elettriche (carica) e magnetiche (spin) di un elettrone.
Il gruppo di ricerca aveva precedentemente sviluppato un sistema di materiali funzionali costituito da materiali antiferromagnetici e ferromagnetici. Questa volta, hanno preparato dispositivi neuronali e sinaptici artificiali microfabbricati dal sistema materiale, che ha dimostrato il comportamento fondamentale del neurone biologico e della sinapsi:plasticità che perde di integrazione e fuoco e dipendente dal tempo di picco, rispettivamente, basati sullo stesso concetto di spintronica.
La rete neurale di picco è nota per essere vantaggiosa rispetto all'odierna intelligenza artificiale per l'elaborazione e la previsione delle informazioni temporali. Espansione della tecnologia sviluppata al circuito unitario, Si prevede che i livelli di blocco e di sistema portino a computer in grado di elaborare informazioni variabili nel tempo come voce e video con una piccola quantità di alimentazione o dispositivi perimetrali che hanno la capacità di adottare gli utenti e l'ambiente attraverso l'utilizzo.
