domenica, Settembre 26, 2021
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Transistor sinaptici simulano attività cerebrali

Gli scienziati della Northwestern University e della Università di Hong Kong hanno realizzato un dispositivo informatico in grado di imparare per associazioni e simulare il meccanismo di apprendimento umano. Strutturato come un organo cerebrale, questo circuito è dotato di transistor sinaptici organici ed elettrochimici che consentono al sistema di elaborare e memorizzare le informazioni in modo continuativo, imitando inoltre la plasticità a breve e lungo termine delle sinapsi del cervello umano, memorizzando informazioni nel tempo.

Rispetto all’informatica tradizionale, il circuito può eseguire più attività contemporaneamente, limitare il consumo di energia da parte del l’hardware, e cosa ancor più sorprendente, il dispositivo si è dimostrato “tollerante” ai guasti, tanto da poter funzionare senza problemi anche quando smettono di funzionare alcune componenti. Ispirati dal processo combinato di elaborazione e archiviazione del cervello umano, i ricercatori hanno cercato di sviluppare computer che funzionino in modo simile al nostro organo cerebrale, con array di dispositivi che si comportano come una rete di neuroni.

“I computer moderni sono eccezionali, ha affermato Jonathan Rivnay della Northwestern University, ma il cervello umano riesce a compiere attività complesse e non strutturate che non sono ancora state implementate dalle macchine, come il riconoscimento di schemi, il controllo motorio e l’integrazione multisensoriale. Tutto ciò è naturalmente possibile grazie alla plasticità delle sinapsi, la base della potenza di calcolo del cervello umano. Le sinapsi permettono all’organo cerebrale di lavorare in modo altamente parallelo, tollerare i guasti e ottimizzare il consumo di energia”.

Il ricercatore Xudong Ji, ha evidenziato come nei computer memoria e logica sembrano fisicamente separate: “Ottimizzare queste componenti potrebbe far risparmiare moltissima energia. Attualmente il resistore di memoria, o memristor, rappresenta la tecnologia più sviluppata in grado eseguire funzioni combinate di elaborazione e memoria, ma si tratta di una realtà poco biocompatibile”.

Il transistor sinaptico elettrochimico organico, invece, funziona con basse tensioni, memoria continuamente sintonizzabile e alta compatibilità per applicazioni biologiche. Il gruppo di ricerca ha ottimizzato un materiale plastico conduttivo all’interno del transistor organico ed elettrochimico in grado di intrappolare gli ioni, utilizzati come neurotrasmettitori per inviare segnali tra i terminali e formare quella che può essere considerata una sinapsi artificiale. Conservando i dati memorizzati dagli ioni intrappolati, il transistor ricorda le attività precedenti, sviluppando la plasticità a lungo termine. Il transistor sinapsi com’è stato poi collegato ad un circuito neuromorfico per simulare l’apprendimento associativo.

“Questa associazione è paragonabile agli esperimenti di Pavlov – secondo Paddy Chan, docente presso l’Universita di Hong Kong, e coautore del documento – che aveva abituato i cani a ricevere cibo dopo un segnale sonoro. Quando gli animali sentivano il suono, iniziavano ad avere aumento della salivazione”. Il circuito è costruito da polimeri morbidi e può essere facilmente integrato in elettronica morbida e indossabile, robotica intelligente e dispositivi impiantabili che si interfacciano direttamente con i tessuti viventi e persino con il cervello.

Aldo M. Biscardi
Studente di Ingegneria Gestionale presso La Sapienza. Appassionato di giornalismo, sport, fonti di energia rinnovabili e motori.
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