I ricercatori fanno progressi con il calcolo neuromorfico

Un team di ricercatori dell’Istituto coreano di scienza e tecnologia avanzata (KAIST) ha segnalato un dispositivo di memoria neuromorfica delle dimensioni di un nano che emula i neuroni e le sinapsi contemporaneamente in una cellula unitaria. Il nuovo progresso rappresenta un passo importante verso la realizzazione del calcolo neuromorfico che può imitare il cervello umano con dispositivi a semiconduttore.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.

Realizzare l’IA con il calcolo neuromorfico

Gli esperti stanno lavorando per ottenere il calcolo neuromorfico per realizzare l’intelligenza artificiale (IA) imitando i meccanismi dei neuroni e delle sinapsi nel cervello umano. I computer attuali non possono fornire alcune funzioni cognitive del cervello umano a causa di diverse limitazioni, ma il loro potenziale è stato esplorato a fondo.

Detto ciò, i circuiti neuromorfici basati su CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) attuali collegano i neuroni e le sinapsi artificiali senza interazioni sinergiche. L’implementazione dei neuroni e delle sinapsi si è rivelata difficile.

Per superare queste limitazioni, il team di ricerca guidato dal professor Keon Jae Lee del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali ha implementato i meccanismi di funzionamento biologico degli esseri umani introducendo le interazioni tra neuroni e sinapsi in una singola cellula di memoria. Ciò differisce dall’approccio tradizionale di collegamento elettrico dei dispositivi neuronali e sinaptici artificiali.

Dispositivi sinaptici artificiali

I dispositivi sinaptici artificiali studiati in precedenza vengono spesso utilizzati per accelerare i calcoli paralleli, il che dimostra chiare differenze dai meccanismi operativi del cervello umano. Implementando le interazioni sinergiche tra neuroni e sinapsi nel dispositivo di memoria neuromorfico, è stato possibile emulare i meccanismi della rete neurale biologica. Il dispositivo neuromorfico può anche sostituire i circuiti neuronali CMOS complessi con un singolo dispositivo, migliorando la scalabilità e l’efficienza dei costi.

Il cervello umano è composto da una rete complessa di 100 miliardi di neuroni e 100 trilioni di sinapsi, e le funzioni e le strutture di questi possono cambiare in base a stimoli esterni, consentendo loro di adattarsi all’ambiente circostante. Il dispositivo neuromorfico sviluppato dal team consente la coesistenza di memorie a breve e lungo termine utilizzando dispositivi di memoria volatile e non volatile che imitano le caratteristiche dei neuroni e delle sinapsi. La memoria volatile è rappresentata da un dispositivo di commutazione della soglia, mentre la memoria a cambiamento di fase viene utilizzata come dispositivo non volatile. Con due dispositivi a pellicola sottile integrati senza elettrodi immediati, la funzionalità adattiva dei neuroni e delle sinapsi poteva essere implementata nella memoria neuromorfica.

“I neuroni e le sinapsi interagiscono tra loro per stabilire funzioni cognitive come la memoria e l’apprendimento, quindi simulare entrambi è un elemento essenziale per l’intelligenza artificiale ispirata al cervello”, ha detto il professor Lee. “Il dispositivo di memoria neuromorfica sviluppato emula anche l’effetto di riaddestramento che consente un rapido apprendimento delle informazioni dimenticate implementando un effetto di feedback positivo tra neuroni e sinapsi.”