Un nouveau transistor à base de matériaux organiques a été développé par des scientifiques de l'université de Linköping. Il a la capacité d'apprendre, et est équipé d'une mémoire à court et à long terme. Le travail est une étape majeure sur la voie de la création d'une technologie qui imite le cerveau humain.

Jusqu'à maintenant, les cerveaux ont la particularité de pouvoir créer des connexions là où il n'y en avait pas auparavant. Dans un article scientifique de Sciences avancées , des chercheurs de l'université de Linköping décrivent un transistor capable de créer une nouvelle connexion entre une entrée et une sortie. Ils ont incorporé le transistor dans un circuit électronique qui apprend à lier un certain stimulus à un signal de sortie, de la même manière qu'un chien apprend que le bruit d'un bol de nourriture en cours de préparation signifie que le dîner est en route.

Un transistor normal agit comme une valve qui amplifie ou atténue le signal de sortie, selon les caractéristiques du signal d'entrée. Dans le transistor électrochimique organique que les chercheurs ont développé, le canal du transistor est constitué d'un polymère conducteur électropolymérisé. Le canal peut être formé, grandi ou rétréci, ou complètement éliminé pendant le fonctionnement. Il peut également être entraîné à réagir à un certain stimulus, un certain signal d'entrée, de telle sorte que le canal du transistor devienne plus conducteur et le signal de sortie plus grand.

"C'est la première fois que la formation en temps réel de nouveaux composants électroniques est montrée dans des dispositifs neuromorphiques", dit Simone Fabiano, chercheur principal en nanoélectronique organique au Laboratoire d'électronique organique, Campus Norrköping.

Le canal est agrandi en augmentant le degré de polymérisation du matériau dans le canal du transistor, augmentant ainsi le nombre de chaînes polymères qui conduisent le signal. Alternativement, le matériau peut être suroxydé (en appliquant une haute tension) et le canal devient inactif. Des modifications temporaires de la conductivité peuvent également être obtenues par dopage ou dédopage du matériau.

"Nous avons montré que nous pouvons induire des changements à court terme et permanents dans la façon dont le transistor traite l'information, ce qui est vital si l'on veut imiter la façon dont les cellules du cerveau communiquent entre elles", dit Jennifer Gerasimov, postdoc en nanoélectronique organique et l'un des auteurs de l'article.

En changeant le signal d'entrée, la force de la réponse du transistor peut être modulée sur une large plage, et des connexions peuvent être créées là où aucune n'existait auparavant. Cela donne au transistor un comportement comparable à celui de la synapse, ou l'interface de communication entre deux cellules du cerveau.

C'est aussi une étape majeure vers l'apprentissage automatique utilisant l'électronique organique. Les réseaux de neurones artificiels basés sur des logiciels sont actuellement utilisés dans l'apprentissage automatique pour réaliser ce que l'on appelle "l'apprentissage en profondeur". Le logiciel exige que les signaux soient transmis entre un grand nombre de nœuds pour simuler une seule synapse, qui prend une puissance de calcul considérable et consomme donc une énergie considérable.

"Nous avons développé du matériel qui fait la même chose, utilisant un seul composant électronique", dit Jennifer Gerasimov.

"Notre transistor électrochimique organique peut donc effectuer le travail de milliers de transistors normaux avec une consommation d'énergie qui se rapproche de l'énergie consommée lorsqu'un cerveau humain transmet des signaux entre deux cellules", confirme Simone Fabiano.

Le canal du transistor n'a pas été construit en utilisant le polymère le plus couramment utilisé en électronique organique, PÉDOT, mais à la place en utilisant un polymère d'un monomère nouvellement développé, ETE-S, produit par Roger Gabrielsson, qui travaille également au Laboratoire d'électronique organique et est l'un des auteurs de l'article. ETE-S possède plusieurs propriétés uniques qui le rendent parfaitement adapté à cette application - il forme des chaînes polymères suffisamment longues, est soluble dans l'eau alors que la forme polymère ne l'est pas, et il produit des polymères avec un niveau de dopage intermédiaire. Le polymère PETE-S est produit sous sa forme dopée avec une charge négative intrinsèque pour équilibrer les porteurs de charges positives (il est dopé p).