Come si sviluppa una nuova tecnologia partendo dal miele
Il miele potrebbe essere una soluzione dolce per sviluppare componenti ecologici per i computer neuromorfici, sistemi progettati per imitare i neuroni e le sinapsi che si trovano nel cervello umano. Salutato da alcuni come il futuro dell’informatica, i sistemi neuromorfici sono molto più veloci e usano molta meno energia dei computer tradizionali. Gli ingegneri della Washington State University hanno dimostrato un modo per renderli anche più organici. In uno studio pubblicato sul Journal of Physics D, i ricercatori mostrano che il miele può essere usato per fare un memristor, un componente simile a un transistor che può non solo elaborare ma anche immagazzinare dati in memoria.
“Questo è un dispositivo molto piccolo con una struttura semplice, ma ha funzionalità molto simili a quelle di un neurone umano“, ha detto Feng Zhao, professore associato della WSU’s School of Engineering and Computer Science e autore corrispondente dello studio. “Questo significa che se possiamo integrare milioni o miliardi di questi memristori di miele insieme, questi possono comporre un sistema neuromorfico che funziona in maniera molto simile a un cervello umano”.
Per lo studio, Zhao e il primo autore Brandon Sueoka, uno studente laureato WSU nel laboratorio di Zhao, hanno creato memristori elaborando il miele in una forma solida e inserendolo tra due elettrodi di metallo, creando una struttura simile a una sinapsi umana. Hanno poi testato la capacità dei memristori al miele di imitare il lavoro delle sinapsi con alte velocità di accensione e spegnimento, rispettivamente di 100 e 500 nanosecondi. I memristori hanno anche emulato le funzioni delle sinapsi note come plasticità dipendente dal tempo di spike e plasticità dipendente dal tasso di spike, che sono responsabili dei processi di apprendimento nel cervello umano e della conservazione di nuove informazioni nei neuroni.
Gli ingegneri della WSU hanno creato i memristori di miele su una microscala, quindi sono grandi quanto un capello umano. Il team di ricerca guidato da Zhao prevede di svilupparli su scala nanometrica, circa 1/1000 di un capello umano, e di unirne molti milioni o addirittura miliardi per creare un sistema informatico neuromorfico completo.
Attualmente, i sistemi informatici convenzionali sono basati su quella che viene chiamata architettura von Neumann. Chiamata come il suo creatore, questa architettura comporta un input, di solito da una tastiera e un mouse, e un output, come il monitor. Ha anche una CPU, o unità di elaborazione centrale, e la RAM, o memoria di archiviazione. Il trasferimento dei dati attraverso tutti questi meccanismi dall’input all’elaborazione alla memoria all’output richiede molta potenza, almeno rispetto al cervello umano, ha detto Zhao. Per esempio, il supercomputer Fugaku usa più di 28 megawatt, circa equivalente a 28 milioni di watt, per funzionare mentre il cervello usa solo circa 10-20 watt.
Il cervello umano ha più di 100 miliardi di neuroni con più di 1.000 trilioni di sinapsi, o connessioni, tra di loro. Ogni neurone può sia elaborare che immagazzinare dati, il che rende il cervello molto più efficiente di un computer tradizionale, e gli sviluppatori di sistemi informatici neuromorfici mirano a imitare questa struttura.
Diverse aziende, tra cui Intel e IBM, hanno rilasciato chip neuromorfici che hanno l’equivalente di più di 100 milioni di “neuroni” per chip, ma questo non è ancora vicino al numero nel cervello. Molti sviluppatori stanno ancora usando gli stessi materiali non rinnovabili e tossici che sono attualmente utilizzati nei chip dei computer convenzionali.
Molti ricercatori, compreso il team di Zhao, stanno cercando soluzioni biodegradabili e rinnovabili da usare in questo promettente nuovo tipo di computer. Zhao sta anche conducendo indagini per utilizzare proteine e altri zuccheri come quelli che si trovano nelle foglie di Aloe vera in questa capacità, ma vede un forte potenziale nel miele.
“Il miele non si rovina”, ha detto. “Ha una concentrazione di umidità molto bassa, quindi i batteri non possono sopravvivere in esso. Questo significa che questi chip per computer saranno molto stabili e affidabili per molto tempo”.
I chip memristori al miele sviluppati alla WSU dovrebbero tollerare i livelli più bassi di calore generati dai sistemi neuromorfici che non si scaldano come i computer tradizionali. I memristori al miele ridurranno anche i rifiuti elettronici.
“Quando vogliamo smaltire i dispositivi che utilizzano chip per computer fatti di miele, possiamo facilmente scioglierli in acqua”, ha detto. “A causa di queste proprietà speciali, il miele è molto utile per creare sistemi neuromorfici rinnovabili e biodegradabili”.
Questo significa anche, ha ammonito Zhao, che proprio come i computer convenzionali, gli utenti dovranno ancora evitare di rovesciarci sopra il loro caffè.
a cura del dr. Piero Milella
Traduzione dall’articolo: “Honey holds potential for making brain-like computer chips” della Washington State University, aprile 2022
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