Vers des ordinateurs cérébraux économes en énergie
Des chercheurs identifient des mécanismes clés et de nouveaux matériaux pour le traitement de l'information d'inspiration biologique
Chaque requête de moteur de recherche, chaque texte généré par l'IA et les développements tels que la conduite autonome : À l'ère de l'intelligence artificielle (IA) et du big data, les ordinateurs et les centres de données consomment beaucoup d'énergie. En revanche, le cerveau humain est beaucoup plus économe en énergie. Afin de développer des ordinateurs plus puissants et moins énergivores inspirés du cerveau, une équipe de recherche en science des matériaux et en génie électrique de l'université de Kiel (CAU) a maintenant identifié les exigences fondamentales d'un matériel adéquat. Les scientifiques ont mis au point des matériaux dont le comportement dynamique est similaire à celui des systèmes nerveux biologiques. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Materials Today et pourraient conduire à un nouveau type de traitement de l'information dans les systèmes électroniques.
Traiter l'information de manière dynamique plutôt que sérielle
"Les ordinateurs traitent les informations en série, alors que notre cerveau les traite en parallèle et de manière dynamique. C'est beaucoup plus rapide et cela consomme moins d'énergie, par exemple pour la reconnaissance des formes", explique le professeur Hermann Kohlstedt, professeur de nanoélectronique et porte-parole du centre de recherche collaboratif 1461 "Neurotronics" de l'université de Kiel. Les chercheurs veulent utiliser la nature comme source d'inspiration pour de nouveaux composants électroniques et de nouvelles architectures informatiques. Contrairement aux puces informatiques, transistors et processeurs conventionnels, ils sont conçus pour traiter les signaux de la même manière que le réseau de neurones et de synapses en constante évolution dans notre cerveau.
"Mais les ordinateurs sont toujours basés sur la technologie du silicium. Bien que le matériel informatique ait fait des progrès impressionnants en termes de xy, les réseaux de neurones et de synapses restent inégalés en termes de connectivité et de robustesse", explique le Dr Alexander Vahl, spécialiste en sciences des matériaux. La recherche sur de nouveaux matériaux et processus est nécessaire pour pouvoir cartographier la dynamique du traitement de l'information biologique.
L'équipe de recherche s'est donc concentrée sur le développement de matériaux dont le comportement dynamique est similaire à celui des systèmes nerveux biologiques tridimensionnels. Le terme "dynamique" s'explique par le fait que l'agencement des atomes et des particules dans les matériaux peut changer. À cette fin, les chercheurs ont identifié sept principes de base que le matériel informatique doit respecter pour fonctionner de manière similaire au cerveau. Il s'agit par exemple d'un certain degré de modifiabilité : La plasticité du cerveau est nécessaire pour les processus d'apprentissage et de mémorisation. Les matériaux mis au point par les chercheurs pour répondre à ce besoin répondent à plusieurs de ces principes de base. Cependant, le matériau "ultime" qui répond à tous les critères n'existe pas encore.
Au-delà de la technologie classique du silicium
"Lorsque nous combinons ces matériaux entre eux ou avec d'autres matériaux, nous ouvrons des possibilités pour les ordinateurs qui vont au-delà de la technologie traditionnelle du silicium", explique le professeur Rainer Adelung, professeur de nanomatériaux fonctionnels. "L'industrie et la société ont besoin de plus en plus de puissance de calcul, mais les stratégies telles que la miniaturisation de l'électronique atteignent aujourd'hui leurs limites techniques dans les ordinateurs standard. Avec notre étude, nous voulons ouvrir de nouveaux horizons".
Maik-Ivo Terasa, chercheur doctorant en science des matériaux et l'un des premiers auteurs de l'étude, décrit par exemple le comportement inhabituel des réseaux granulaires spéciaux mis au point par l'équipe de recherche : "Si nous produisons des nanoparticules d'argent et d'or d'une certaine manière et que nous leur appliquons un signal électrique, elles présentent des propriétés particulières. Elles se caractérisent par un équilibre entre la stabilité et un changement rapide de leur conductivité". De la même manière, le cerveau fonctionne mieux lorsqu'il y a un équilibre entre la plasticité et la stabilité, ce que l'on appelle la criticité.
Dans trois autres expériences, les chercheurs ont montré que les nanoparticules d'oxyde de zinc et les filaments métalliques formés par voie électrochimique peuvent être utilisés pour modifier les chemins du réseau via l'entrée électrique des oscillateurs. Lorsque l'équipe de recherche a couplé ces circuits, les déviations de leurs signaux électriques se sont synchronisées dans le temps. Un phénomène similaire se produit lors de la perception sensorielle consciente, avec les impulsions électriques qui échangent des informations entre les neurones.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
![Catalyse de la [Fe]-hydrogénase visualisée à l'aide de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire rehaussée de para-hydrogène](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
