Nell'ultima decade, l'intelligenza artificiale (AI) e le sue applicazioni come l'apprendimento automatico hanno guadagnato ritmo per rivoluzionare molti settori. Mentre il mondo raccoglie più dati, la potenza di calcolo dei sistemi hardware deve crescere di pari passo. Sfortunatamente, stiamo affrontando un futuro in cui non saremo in grado di generare energia sufficiente per alimentare le nostre esigenze computazionali.

"Sentiamo molte previsioni sull'IA che inaugura la quarta rivoluzione industriale. È importante per noi capire che le piattaforme di calcolo di oggi non saranno in grado di sostenere implementazioni su larga scala di algoritmi di intelligenza artificiale su enormi set di dati. È chiaro che dovremo ripensare i nostri approcci al calcolo a tutti i livelli:materiali, dispositivi e architettura. Siamo orgogliosi di presentare in questo lavoro un aggiornamento su due fronti:materiali e dispositivi. Fondamentalmente, i dispositivi che stiamo dimostrando sono un milione di volte più efficienti dal punto di vista energetico di quelli che esistono oggi, " ha condiviso il professor Thirumalai Venky Venkatesan, il capo ricercatore principale di questo progetto che proviene dalla National University of Singapore (NUS).

In un articolo pubblicato su Nanotecnologia della natura il 23 marzo 2020, i ricercatori della NUS Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI) hanno riportato l'invenzione di un dispositivo su scala nanometrica basato su una piattaforma materiale unica che può ottenere un calcolo digitale in memoria ottimale pur essendo estremamente efficiente dal punto di vista energetico. L'invenzione è anche altamente riproducibile e durevole, a differenza dei dispositivi elettronici organici convenzionali.

Il sistema molecolare che è la chiave di questa invenzione è un'idea del professor Sreebrata Goswami dell'Associazione indiana per la coltivazione della scienza a Calcutta, India. "Abbiamo lavorato su questa famiglia di molecole di ligandi attivi redox negli ultimi 40 anni. Sulla base del successo ottenuto con uno dei nostri sistemi molecolari nella realizzazione di un dispositivo di memoria che è stato riportato sulla rivista Materiali della natura nel 2017, abbiamo deciso di ridisegnare la nostra molecola con un nuovo legante a pinza. Questa è una strategia di progettazione razionale de novo per progettare una molecola che può agire come una spugna elettronica, " disse il professor Goswami.

Dott. Sreetosh Goswami, l'architetto chiave di questo documento che era uno studente laureato del professor Venkatesan e ora un ricercatore alla NUSNNI, disse, "La scoperta principale di questo documento è la sproporzione della carica o la rottura della simmetria elettronica. Tradizionalmente, questo è stato uno di quei fenomeni in fisica che è molto promettente ma non riesce a tradursi nel mondo reale poiché si verifica solo in condizioni specifiche, come alta o bassa temperatura, o ad alta pressione."

"Siamo in grado di ottenere questa sfuggente sproporzione di carica nei nostri dispositivi, e modularlo utilizzando campi elettrici a temperatura ambiente. I fisici hanno cercato di fare lo stesso per 50 anni. La nostra capacità di realizzare questo fenomeno in nanoscala si traduce in un dispositivo multifunzionale che può funzionare sia come memristor che come memcapacitor o anche entrambi contemporaneamente, "Il dottor Sreetosh ha spiegato.

"Le complesse interazioni intermolecolari e ioniche in questi sistemi molecolari offrono questo meccanismo unico di sproporzione della carica. Siamo grati al professor Damien Thompson dell'Università di Limerick che ha modellato le interazioni tra le molecole e ha generato intuizioni che ci consentono di modificare questi sistemi molecolari in molti modi per progettare ulteriormente nuove funzionalità, " ha detto il professor Goswami.

"Crediamo che stiamo solo grattando la superficie di ciò che è possibile con questa classe di materiali, " ha aggiunto il professor Venkatesan. "Recentemente, Il Dr. Sreetosh ha scoperto che può guidare questi dispositivi per auto-oscillare o addirittura mostrare puramente instabili, regime caotico. Questo è molto vicino a replicare il modo in cui funziona il nostro cervello umano".

"Gli scienziati informatici ora riconoscono che il nostro cervello è il più efficiente dal punto di vista energetico, sistema informatico intelligente e tollerante ai guasti esistente. Essere in grado di emulare le migliori proprietà del cervello mentre si esegue milioni di volte più velocemente cambierà il volto dell'informatica come la conosciamo. Nelle discussioni con il mio amico e collaboratore di lunga data, il professor Stan Williams della Texas A&M University (che è coautore di questo articolo), Mi rendo conto che il nostro sistema molecolare organico potrebbe alla fine essere in grado di superare tutti gli ossidi e i materiali "ovonica" dimostrati fino ad oggi, " ha concluso.

Andando avanti, il team NUS sta cercando di sviluppare circuiti efficienti che imitano le funzioni del cervello umano.