Les scientifiques de l'UCLA James Gimzewski et Adam Stieg font partie d'une équipe de recherche internationale qui a fait un grand pas vers l'objectif de créer des machines à penser.

Dirigé par des chercheurs de l'Institut national japonais des sciences des matériaux, l'équipe a créé un dispositif expérimental qui présentait des caractéristiques analogues à certains comportements du cerveau :apprentissage, mémorisation, oubli, veille et sommeil. Le papier, Publié dans Rapports scientifiques , décrit un réseau dans un état de flux continu.

"C'est un système entre l'ordre et le chaos, au bord du chaos, " dit Gimzewski, un professeur distingué de chimie et de biochimie de l'UCLA, membre du California NanoSystems Institute de l'UCLA et co-auteur de l'étude. "La façon dont l'appareil évolue et se déplace constamment imite le cerveau humain. Il peut proposer différents types de modèles de comportement qui ne se répètent pas."

La recherche est une première étape sur une voie qui pourrait éventuellement conduire à des ordinateurs qui ressemblent physiquement et fonctionnellement au cerveau - des machines qui pourraient être capables de résoudre les problèmes avec lesquels les ordinateurs contemporains sont aux prises, et cela peut nécessiter beaucoup moins d'énergie que les ordinateurs d'aujourd'hui.

L'appareil que les chercheurs ont étudié est constitué d'un enchevêtrement de nanofils d'argent, d'un diamètre moyen de seulement 360 nanomètres. (Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre.) Les nanofils étaient recouverts d'un polymère isolant d'environ 1 nanomètre d'épaisseur. Globalement, l'appareil lui-même mesurait environ 10 millimètres carrés, si petits qu'il en faudrait 25 pour couvrir un centime.

Autorisé à s'auto-assembler aléatoirement sur une plaquette de silicium, les nanofils ont formé des structures fortement interconnectées qui sont remarquablement similaires à celles qui forment le néocortex, la partie du cerveau impliquée dans des fonctions supérieures telles que le langage, perception et cognition.

Un trait qui différencie le réseau de nanofils des circuits électroniques conventionnels est que les électrons qui les traversent modifient la configuration physique du réseau. Dans l'étude, Le courant électrique a provoqué la migration des atomes d'argent de l'intérieur du revêtement polymère et la formation de connexions où deux nanofils se chevauchent. Le système comptait environ 10 millions de ces jonctions, qui sont analogues aux synapses où les cellules du cerveau se connectent et communiquent.

Les chercheurs ont attaché deux électrodes au maillage en forme de cerveau pour profiler les performances du réseau. Ils ont observé « un comportement émergent, " ce qui signifie que le réseau présentait des caractéristiques dans son ensemble qui ne pouvaient pas être attribuées aux parties individuelles qui le composent. C'est un autre trait qui fait que le réseau ressemble au cerveau et le distingue des ordinateurs conventionnels.

Après que le courant ait traversé le réseau, les connexions entre les nanofils ont persisté jusqu'à une minute dans certains cas, qui ressemblait au processus d'apprentissage et de mémorisation dans le cerveau. D'autres fois, les connexions se sont coupées brutalement après la fin de la charge, imitant le processus d'oubli du cerveau.

Dans d'autres expériences, l'équipe de recherche a découvert qu'avec moins d'énergie entrante, l'appareil a présenté un comportement qui correspond à ce que voient les neuroscientifiques lorsqu'ils utilisent l'IRM fonctionnelle pour prendre des images du cerveau d'une personne endormie. Avec plus de puissance, le comportement du réseau de nanofils correspondait à celui du cerveau éveillé.

L'article est le dernier d'une série de publications examinant les réseaux de nanofils en tant que système inspiré du cerveau, un domaine de recherche que Gimzewski a aidé à développer avec Stieg, chercheur à l'UCLA et directeur associé du CNSI.

« Notre approche peut être utile pour générer de nouveaux types de matériel à la fois économes en énergie et capables de traiter des ensembles de données complexes qui défient les limites des ordinateurs modernes, " dit Stieg, un co-auteur de l'étude.

L'activité borderline-chaotique du réseau de nanofils ressemble non seulement à la signalisation dans le cerveau, mais aussi à d'autres systèmes naturels tels que les conditions météorologiques. Cela pourrait signifier que, avec un développement ultérieur, les futures versions de l'appareil pourraient aider à modéliser des systèmes aussi complexes.

Dans d'autres expériences, Gimzewski et Stieg ont déjà cajolé un dispositif à nanofil d'argent pour prédire avec succès les tendances statistiques des modèles de trafic de Los Angeles sur la base des données de trafic des années précédentes.

En raison de leurs similitudes avec le fonctionnement interne du cerveau, les futurs dispositifs basés sur la technologie des nanofils pourraient également démontrer une efficacité énergétique comme le propre traitement du cerveau. Le cerveau humain fonctionne avec une puissance à peu près équivalente à celle utilisée par une ampoule à incandescence de 20 watts. Par contre, les serveurs informatiques où se déroulent des tâches à forte intensité de travail (de la formation à l'apprentissage automatique à l'exécution de recherches sur Internet) peuvent utiliser l'équivalent de la valeur énergétique de nombreux ménages, avec l'empreinte carbone qui en découle.

« Dans nos études, nous avons une mission plus large que la simple reprogrammation des ordinateurs existants, ", a déclaré Gimzewski. "Notre vision est un système qui sera finalement capable de gérer des tâches plus proches de la façon dont l'être humain fonctionne."