Il cervello umano è una "macchina" che si è evoluta per decine di milioni di anni fino a raggiungere capacità che i supercomputer faticano ancora oggi a offrire. Soprattutto, il cervello è in grado di fare cose complesse in modo semplice, con un'efficienza energetica fuori dal comune.
Per questo il mondo accademico studia da decenni il cervello al fine di riprodurne le capacità. La ricerca fa passi da gigante, ma il percorso è ancora lungo. Un aiuto potrebbe arrivare dalla Pohang University of Science and Technology, un'università sudcoreana dove il ricercatore Tae-Woo Lee ha messo a punto una "sinapse artificiale" molto efficiente.
Il cervello umano ha 100 miliardi di neuroni e circa un quadrilione (1 milione di miliardi) di connessioni tra le diverse cellule. Su ognuna di queste connessioni - dette sinapsi - passa un neurone all'incirca 10 volte al secondo. Un cervello umano ha una potenza di 10 petaflops, mentre il supercomputer più veloce al mondo può arrivare a 93 petaflops.
Il problema, se così possiamo definirlo, è che il cervello umano consuma all'incirca 20 watt, mentre il supercomputer in questione supera i 15 megawatt. L'obiettivo è quindi creare computer che possano funzionare come un cervello, se non meglio, ma con un'efficienza simile.
"Lo sviluppo di sinapsi artificiali con comportamenti comparabili a quelle biologiche sarà un passaggio critico", ha affermato Lee a Live Science. Finora le sinapsi artificiali consumavano di più di quelle biologiche. Secondo alcuni studi le connessioni all'interno del nostro cervello richiedono 10 femtjoule per ogni attività neuronale.
Lee e i suoi colleghi hanno creato sinapsi artificiali che richiedono solo 1,23 femtojoule per evento. La ricerca suggerisce quindi che "il consumo energetico e la densità di memoria dei cervelli artificiali sarà raggiunta e persino superata in futuro", ha aggiunto Lee.
Queste sinapsi artificiali non sono altro che un tipo di transistor, ossia un interruttore elettronico, che accedendosi o spegnendosi mima l'attività neuronale. I ricercatori hanno prodotto 144 transistor sinaptici su un wafer da 10 centimetri. Questi dispositivi hanno un'ampiezza di 200/300 nanometri e sono ricavati da un "materiale organico avvolto intorno ad altro".
Questi materiali aiutano le sinapsi artificiali a intrappolare o rilasciare ioni caricati, mimando il modo in cui operano le sinapsi biologiche e come un interruttore elettrico può essere acceso o spento. Le sinapsi artificiali imitano la struttura di forma allungata e la flessibilità delle fibre nervose umane.
In linea di principio i ricercatori sono riusciti a organizzare questi dispositivi in griglie 3D, imitando solo in parte il cervello umano. Sono necessari tuttavia dei progressi nella stampa 3D per creare vere griglie 3D di sinapsi artificiali.
I ricercatori, al momento, stanno lavorando per sviluppare nanofili organici da poche dozzine di nanometri e pensano di poter ridurre il consumo con un'attenta selezione e modifica dei materiali usati.
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