Notre cerveau ne fonctionne pas comme une mémoire informatique classique ne stockant que des uns et des zéros :grâce à une variation beaucoup plus importante des états de la mémoire, il peut calculer plus rapidement en consommant moins d'énergie. Les scientifiques de l'Institut MESA+ de nanotechnologie de l'Université de Twente (Pays-Bas) ont maintenant développé un matériau ferro-électrique avec une fonction de mémoire ressemblant aux synapses et aux neurones du cerveau, résultant en une mémoire multi-états. Ils publient leurs résultats dans le Matériaux fonctionnels avancés .

Le matériau qui pourrait être le bloc de construction de base pour « l'informatique inspirée du cerveau » est le plomb-zirconium-titanate (PZT) :un sandwich de matériaux avec plusieurs propriétés attrayantes. L'un d'eux est qu'il est ferro-électrique :vous pouvez le faire passer dans l'état souhaité, cet état reste stable après la disparition du champ électrique. C'est ce qu'on appelle la polarisation :elle conduit à une fonction mémoire rapide et non volatile. Combiné avec des puces de processeur, on pourrait concevoir un ordinateur qui démarre beaucoup plus vite, par exemple. Les scientifiques de l'UT ont maintenant ajouté une fine couche d'oxyde de zinc au PZT, 25 nanomètres d'épaisseur. Ils ont découvert que le passage d'un état à un autre ne se produit pas seulement de « zéro » à « un », vice versa. Il est possible de contrôler des zones plus petites à l'intérieur du cristal :seront-elles polarisées (« flip ») ou non ?

Multi-état

En utilisant des temps d'écriture variables dans ces zones plus petites, le résultat est que de nombreux états peuvent être stockés n'importe où entre zéro et un. Cela ressemble à la façon dont les synapses et les neurones « pèsent » les signaux dans notre cerveau. Mémoires multi-états, couplé à des transistors, pourrait considérablement améliorer la vitesse de reconnaissance des formes, par exemple :notre cerveau effectue ce genre de tâches en ne consommant qu'une fraction de l'énergie dont un système informatique a besoin. En regardant les graphiques, les temps d'écriture semblent assez longs par rapport aux vitesses des processeurs d'aujourd'hui, mais il est possible de créer plusieurs mémoires en parallèle. La fonction du cerveau a déjà été imitée dans des logiciels comme les réseaux de neurones, mais dans ce cas, le matériel numérique conventionnel reste une limitation. Le nouveau matériau est un premier pas vers du matériel électronique doté d'une mémoire semblable à celle d'un cerveau. Trouver des solutions pour combiner le PZT avec des semi-conducteurs, ou même développer de nouveaux types de semi-conducteurs pour cela, est l'une des prochaines étapes.

Cette recherche a été réalisée au sein du groupe Science des Matériaux Inorganiques, de l'Institut MESA + de nanotechnologie de l'UT. Au sein de ce groupe, d'autres propriétés intéressantes du PZT ont également été trouvées, comme le comportement piézo-électrique :le matériau peut se dilater à l'aide d'une tension électrique, une pression peut également générer une tension, à son tour.