Les synapses de graphène font progresser les ordinateurs ressemblant à des cerveaux

Les ordinateurs qui pensent davantage comme des cerveaux humains se rapprochent peu à peu de l’adoption par le grand public. Mais de nombreuses questions restent sans réponse. Parmi les plus urgents, quels types de matériaux peuvent servir de meilleurs blocs de construction pour libérer le potentiel de ce nouveau style d’informatique.

Pour la plupart des appareils informatiques traditionnels, le silicium reste l’étalon-or. Cependant, il y a un mouvement pour utiliser des matériaux plus flexibles, efficaces et respectueux de l’environnement pour ces dispositifs ressemblant à des cerveaux.

Dans un nouvel article, des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont développé des transistors synaptiques pour des ordinateurs ressemblant à des cerveaux en utilisant le graphène, un matériau mince et flexible. Ces transistors sont similaires aux synapses du cerveau, qui relient les neurones les uns aux autres.

“Les ordinateurs qui pensent comme des cerveaux peuvent faire bien plus que les appareils d’aujourd’hui”, a déclaré Jean Anne Incorvia, professeure adjointe au département d’ingénierie électrique et informatique de la Cockrell School of Engineering et auteur principal de l’article publié aujourd’hui dans Communication Nature. “Et en imitant les synapses, nous pouvons apprendre à ces appareils à apprendre à la volée, sans nécessiter d’énormes méthodes de formation qui consomment autant de puissance.”

La recherche

Une combinaison de graphène et de nafion, un matériau de membrane polymère, constitue l’épine dorsale du transistor synaptique. Ensemble, ces matériaux présentent des comportements clés de type synaptique, le plus important étant la capacité des voies à se renforcer au fil du temps à mesure qu’elles sont utilisées plus souvent, un type de mémoire musculaire neurale. En informatique, cela signifie que les appareils pourront s’améliorer dans des tâches telles que la reconnaissance et l’interprétation d’images au fil du temps et le faire plus rapidement.

Une autre découverte importante est que ces transistors sont biocompatibles, ce qui signifie qu’ils peuvent interagir avec des cellules et des tissus vivants. C’est la clé des applications potentielles dans les dispositifs médicaux qui entrent en contact avec le corps humain. La plupart des matériaux utilisés pour ces premiers dispositifs ressemblant à des cerveaux sont toxiques, ils ne pourraient donc en aucun cas entrer en contact avec des cellules vivantes.

Pourquoi est-ce important

Avec de nouveaux concepts de haute technologie comme les voitures autonomes, les drones et les robots, nous atteignons les limites de ce que les puces en silicium peuvent faire efficacement en termes de traitement et de stockage des données. Pour ces technologies de nouvelle génération, un nouveau paradigme informatique est nécessaire. Les dispositifs neuromorphiques imitent les capacités de traitement du cerveau, un ordinateur puissant pour les tâches immersives.

“La biocompatibilité, la flexibilité et la douceur de nos synapses artificielles sont essentielles”, a déclaré Dmitry Kireev, chercheur postdoctoral qui a codirigé le projet. “Dans le futur, nous envisageons leur intégration directe avec le cerveau humain, ouvrant la voie à une prothèse cérébrale futuriste.”

Cela arrivera-t-il vraiment ?

Les plateformes neuromorphiques commencent à devenir plus courantes. Les principaux fabricants de puces tels qu’Intel et Samsung ont déjà produit des puces neuromorphiques ou sont en train de les développer. Cependant, les matériaux de puces actuels limitent ce que les dispositifs neuromorphiques peuvent faire, de sorte que les chercheurs universitaires travaillent dur pour trouver les matériaux parfaits pour les ordinateurs ressemblant à des cerveaux mous.

“C’est toujours un grand espace ouvert en ce qui concerne les matériaux; il n’a pas été réduit à la prochaine grande solution à essayer”, a déclaré Incorvia. “Et il se peut que cela ne se limite pas à une seule solution, différents matériaux ayant plus de sens pour différentes applications.”