L'intelligenza artificiale che utilizza le reti neurali esegue i calcoli digitalmente con l'aiuto di chip microelettronici. I fisici dell’Università di Lipsia hanno ora creato un tipo di rete neurale che non funziona con l’elettricità ma con le cosiddette particelle colloidali attive. Nella loro pubblicazione su Nature Communications , i ricercatori descrivono come queste microparticelle possano essere utilizzate come sistema fisico per l'intelligenza artificiale e la previsione di serie temporali.
"La nostra rete neurale appartiene al campo del calcolo dei serbatoi fisici, che utilizza la dinamica dei processi fisici, come superfici dell'acqua, batteri o modelli di tentacoli di polpo, per effettuare calcoli", afferma il professor Frank Cichos, il cui gruppo di ricerca ha sviluppato la rete con il supporto di ScaDS.AI.
"Nella nostra realizzazione utilizziamo particelle semoventi sintetiche di dimensioni solo pochi micrometri", spiega Cichos. "Abbiamo dimostrato che questi possono essere utilizzati per i calcoli e allo stesso tempo presentiamo un metodo che sopprime l'influenza degli effetti di disturbo, come il rumore, nel movimento delle particelle colloidali." Le particelle colloidali sono particelle finemente disperse nel loro mezzo di dispersione (solido, gas o liquido).
Per i loro esperimenti, i fisici hanno sviluppato minuscole unità fatte di nanoparticelle di plastica e oro, in cui una particella ruota attorno a un'altra, guidata da un laser. Queste unità hanno determinate proprietà fisiche che le rendono interessanti per il calcolo dei giacimenti.
"Ognuna di queste unità può elaborare informazioni e molte unità costituiscono il cosiddetto serbatoio. Modifichiamo il movimento rotatorio delle particelle nel serbatoio utilizzando un segnale di ingresso. La rotazione risultante contiene il risultato di un calcolo", spiega il Dr. Xiangzun Wang. "Come molte reti neurali, il sistema deve essere addestrato per eseguire un calcolo particolare."
I ricercatori erano particolarmente interessati al rumore. "Poiché il nostro sistema contiene particelle estremamente piccole nell'acqua, il serbatoio è soggetto a un forte rumore, simile al rumore a cui sono soggette tutte le molecole nel cervello", afferma Cichos.
"Questo rumore, il moto browniano, interrompe gravemente il funzionamento del computer del serbatoio e di solito richiede un serbatoio molto grande per rimediare. Nel nostro lavoro, abbiamo scoperto che l'utilizzo degli stati passati del serbatoio può migliorare le prestazioni del computer, consentendo l'utilizzo di serbatoi più piccoli per alcuni calcoli in condizioni rumorose."
Cichos aggiunge che questo non solo ha contribuito al campo dell'elaborazione delle informazioni con la materia attiva, ma ha anche prodotto un metodo in grado di ottimizzare il calcolo del giacimento riducendo il rumore.
Ulteriori informazioni: Xiangzun Wang et al, Sfruttare le particelle attive sintetiche per il calcolo dei serbatoi fisici, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44856-5
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Lipsia
