Ogni query dei motori di ricerca, ogni testo generato dall’intelligenza artificiale e sviluppi come la guida autonoma:nell’era dell’intelligenza artificiale (AI) e dei big data, computer e data center consumano molta energia. Al contrario, il cervello umano è molto più efficiente dal punto di vista energetico. Per sviluppare computer più potenti e a risparmio energetico ispirati al cervello, un gruppo di ricerca di Scienza dei materiali e ingegneria elettrica dell'Università di Kiel (CAU) ha ora identificato i requisiti fondamentali per l'hardware adatto.
Gli scienziati hanno sviluppato materiali che si comportano dinamicamente in modo simile ai sistemi nervosi biologici. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Materials Today e potrebbe portare a un nuovo tipo di elaborazione delle informazioni nei sistemi elettronici.
"I computer elaborano le informazioni in serie, mentre il nostro cervello elabora le informazioni in parallelo e in modo dinamico. Questo è molto più veloce e consuma meno energia, ad esempio nel riconoscimento di modelli", afferma il Prof. Dr. Hermann Kohlstedt, professore di nanoelettronica e portavoce del Centro di ricerca collaborativa 1461 Neurotronica all'Università di Kiel.
I ricercatori vogliono utilizzare la natura come fonte di ispirazione per nuovi componenti elettronici e architetture informatiche. A differenza dei chip, dei transistor e dei processori dei computer convenzionali, sono progettati per elaborare i segnali in modo simile alla rete di neuroni e sinapsi in costante cambiamento del nostro cervello.
"Ma i computer sono ancora basati sulla tecnologia del silicio. Sebbene ci siano stati progressi impressionanti nell'hardware in termini di xy, le reti di neuroni e sinapsi rimangono senza rivali in termini di connettività e robustezza", afferma il dottor Alexander Vahl, uno scienziato dei materiali. La ricerca su nuovi materiali e processi è necessaria per poter mappare le dinamiche dell'elaborazione delle informazioni biologiche.
Il gruppo di ricerca si è quindi concentrato sullo sviluppo di materiali che si comportino dinamicamente in modo simile ai sistemi nervosi biologici tridimensionali. La "dinamica" nasce qui dal fatto che la disposizione degli atomi e delle particelle nei materiali può cambiare. A tal fine, i ricercatori hanno identificato sette principi di base che l'hardware del computer deve soddisfare per funzionare in modo simile al cervello.
Questi includono, ad esempio, un certo grado di mutevolezza:la cosiddetta plasticità del cervello è un presupposto per i processi di apprendimento o di memoria. I materiali che i ricercatori hanno sviluppato in risposta a questo soddisfano molti di questi principi di base. Tuttavia, il materiale "definitivo" che realizza tutto non esiste ancora.
"Quando combiniamo questi materiali tra loro o con altri materiali, apriamo possibilità per i computer che vanno oltre la tradizionale tecnologia del silicio", afferma il Prof. Dr. Rainer Adelung, Professore di Nanomateriali funzionali. "L'industria e la società hanno bisogno di sempre più potenza di calcolo, ma strategie come la miniaturizzazione dell'elettronica stanno raggiungendo i loro limiti tecnici nei computer standard. Con il nostro studio vogliamo aprire nuovi orizzonti."
Ad esempio, Maik-Ivo Terasa, ricercatore di dottorato in scienza dei materiali e uno dei primi autori dello studio, descrive il comportamento insolito delle speciali reti granulari sviluppate dal gruppo di ricerca. "Se produciamo nanoparticelle argento-oro in un certo modo e applichiamo un segnale elettrico, mostrano proprietà speciali. Sono caratterizzate da un equilibrio tra stabilità e un rapido cambiamento nella loro conduttività." In modo simile, il cervello funziona meglio quando c'è un equilibrio tra plasticità e stabilità, noto come criticità.
In tre ulteriori esperimenti i ricercatori hanno dimostrato che sia le nanoparticelle di ossido di zinco che i filamenti metallici formati elettrochimicamente possono essere utilizzati per modificare i percorsi della rete tramite l'ingresso elettrico degli oscillatori. Quando il gruppo di ricerca ha accoppiato questi circuiti, le deviazioni del segnale elettrico si sono sincronizzate nel tempo. Qualcosa di simile accade durante la percezione sensoriale cosciente con gli impulsi elettrici che scambiano informazioni tra i neuroni.
Ulteriori informazioni: Maik-Ivo Terasa et al, Percorsi verso primitive informatiche veramente simili al cervello, Materials Today (2023). DOI:10.1016/j.mattod.2023.07.019
Informazioni sul giornale: I materiali oggi
Fornito dall'Università di Kiel
