Le miel a le potentiel de fabriquer des puces informatiques ressemblant à des cerveaux

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Crédit : domaine public CC0

Le miel pourrait être une solution douce pour développer des composants respectueux de l’environnement pour les ordinateurs neuromorphiques, des systèmes conçus pour imiter les neurones et les synapses trouvés dans le cerveau humain.

Salués par certains comme l’avenir de l’informatique, les systèmes neuromorphiques sont beaucoup plus rapides et consomment beaucoup moins d’énergie que les ordinateurs traditionnels. Les ingénieurs de l’Université de l’État de Washington ont démontré un moyen de les rendre également plus organiques. Dans une étude publiée dans Journal de Physique D, les chercheurs montrent que le miel peut être utilisé pour fabriquer un memristor, un composant similaire à un transistor qui peut non seulement traiter mais aussi stocker des données en mémoire.

“Il s’agit d’un très petit appareil avec une structure simple, mais il a des fonctionnalités très similaires à celles d’un neurone humain”, a déclaré Feng Zhao, professeur agrégé de l’École d’ingénierie et d’informatique de la WSU et auteur correspondant de l’étude. “Cela signifie que si nous pouvons intégrer des millions ou des milliards de ces memristors de miel ensemble, ils peuvent alors être transformés en un système neuromorphique qui fonctionne un peu comme un cerveau humain.”

Pour l’étude, Zhao et le premier auteur Brandon Sueoka, un étudiant diplômé de la WSU dans le laboratoire de Zhao, ont créé des memristors en transformant le miel en une forme solide et en le prenant en sandwich entre deux électrodes métalliques, créant une structure similaire à une synapse humaine. Ils ont ensuite testé la capacité des memristors de miel à imiter le travail des synapses avec des vitesses d’activation et de désactivation élevées de 100 et 500 nanosecondes respectivement. Les memristors ont également émulé les fonctions de synapse connues sous le nom de plasticité dépendante du moment du pic et de plasticité dépendante du taux de pic, qui sont responsables des processus d’apprentissage dans le cerveau humain et de la rétention de nouvelles informations dans les neurones.

Les ingénieurs de la WSU ont créé les memristors de miel à une micro-échelle, ils ont donc à peu près la taille d’un cheveu humain. L’équipe de recherche dirigée par Zhao prévoit de les développer à l’échelle nanométrique, environ 1/1000 de cheveu humain, et de regrouper plusieurs millions, voire des milliards, pour créer un système informatique neuromorphique complet.

Actuellement, les systèmes informatiques conventionnels sont basés sur ce qu’on appelle l’architecture von Neumann. Nommée d’après son créateur, cette architecture implique une entrée, généralement à partir d’un clavier et d’une souris, et une sortie, telle que le moniteur. Il dispose également d’un processeur ou d’une unité centrale de traitement et d’une RAM ou d’un stockage en mémoire. Le transfert de données à travers tous ces mécanismes, de l’entrée au traitement de la mémoire à la sortie, nécessite beaucoup de puissance, au moins par rapport au cerveau humain, a déclaré Zhao. Par exemple, le supercalculateur Fugaku utilise plus de 28 mégawatts, soit à peu près l’équivalent de 28 millions de watts, pour fonctionner alors que le cerveau n’utilise qu’environ 10 à 20 watts.

Le cerveau humain compte plus de 100 milliards de neurones avec plus de 1 000 billions de synapses, ou connexions, parmi elles. Chaque neurone peut à la fois traiter et stocker des données, ce qui rend le cerveau beaucoup plus efficace qu’un ordinateur traditionnel, et les développeurs de systèmes informatiques neuromorphiques visent à imiter cette structure.

Plusieurs sociétés, dont Intel et IBM, ont sorti des puces neuromorphiques qui ont l’équivalent de plus de 100 millions de “neurones” par puce, mais ce n’est pas encore proche du nombre dans le cerveau. De nombreux développeurs utilisent également toujours les mêmes matériaux non renouvelables et toxiques qui sont actuellement utilisés dans les puces informatiques conventionnelles.

De nombreux chercheurs, dont l’équipe de Zhao, recherchent des solutions biodégradables et renouvelables à utiliser dans ce nouveau type d’informatique prometteur. Zhao mène également des recherches sur l’utilisation de protéines et d’autres sucres tels que ceux trouvés dans les feuilles d’Aloe vera à ce titre, mais il voit un fort potentiel dans le miel.

“Le miel ne se gâte pas”, a-t-il dit. “Il a une très faible concentration d’humidité, de sorte que les bactéries ne peuvent pas y survivre. Cela signifie que ces puces informatiques seront très stables et fiables pendant très longtemps.”

Les puces Honey Memristor développées au WSU devraient tolérer les niveaux de chaleur inférieurs générés par les systèmes neuromorphiques qui ne deviennent pas aussi chauds que les ordinateurs traditionnels. Les memristors au miel réduiront également les déchets électroniques.

“Lorsque nous voulons nous débarrasser d’appareils utilisant des puces informatiques faites de miel, nous pouvons facilement les dissoudre dans l’eau”, a-t-il déclaré. “En raison de ces propriétés particulières, le miel est très utile pour créer des systèmes neuromorphiques renouvelables et biodégradables.”

Cela signifie également, a averti Zhao, que tout comme les ordinateurs conventionnels, les utilisateurs devront toujours éviter de renverser leur café dessus.


De meilleurs memristors pour l’informatique semblable au cerveau


Plus d’information:
Brandon Sueoka et al, Dispositif synaptique memristif basé sur un matériau organique naturel – du miel pour alimenter le réseau de neurones dans les systèmes neuromorphiques biodégradables, Journal of Physics D: Physique Appliquée (2022). DOI : 10.1088 / 1361-6463 / ac585b

Fourni par l’Université de l’État de Washington

Citation: Honey a le potentiel de fabriquer des puces informatiques semblables au cerveau (5 avril 2022) récupéré le 5 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-honey-potential-brain-like-chips.html

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