Il cervello umano è una macchina biologica straordinaria, complessa e molto efficiente.
I tentativi di simularla utilizzando tecnologie informatiche sino a questo momento sono stati molto limitati.
Un computer che cerchi di restituire l’attività elettrochimica di neuroni, assoni e soprattutto la rete di sinapsi che connette anche il sistema nervoso centrale, è infatti molto inefficiente.
Questo anche perché i chip di silicio funzionano da un punto di vista fisico in maniera molto diversa dagli assoni (utilizzati per la propagazione delle informazioni) e dalle sinapsi (giunzioni altamente variabili).
Così, sino ad oggi i tentativi di simulare ambienti composti da reti complesse di assioni e sinapsi sono di sei-nove ordini di grandezza meno efficienti.
Simulare 5 secondi di attività cerebrale richiede 500 secondi e 1,4 Megawatt di potenza (rispetto all’equivalente di 20 Watt consumati nei momenti di picco dal cervello).
Un nuovo filone di ricerca è stato aperto affrontando il problema da una prospettiva completamente diversa: ricreare un cervello anche dal punto di vista strutturale utilizzando però componenti allo stato solido e non organico.
Per questo è determinante la ricerca che è stata portata avanti sul microfibre metal-solfuro amorfo capace di abilitare “sinapsi fotoniche”, cioè sinapsi artificiali in una particolare tipologia di fibra ottica nelle quali, anziché impulsi elettrochimici, transitino fotoni.
Nel paper “Amorphous Metal-Sulphide Microfibers Enable Photonic Synapses for Brain-Like Computing” pubblicato dalla rivista scientifica Advanced Optical Materials (scritto da Behrad Gholipour, Paul Bastock, Chris Craig, Khouler Khan, Dan Hewak e Cesare Soci) viene infatti presentata una soluzione neuromorfica che risolve i principali problemi dei precedenti tentativi di costruire sistemi digitali strutturati come un cervello, cioè la banda passante e il consumo energetico.
Grazie al lavoro svolto presso il Centre for Disruptive Photonic Technologies della Nanyang Technological University (NTU) di Singapore e l’Università di Southampton, si è arrivati a provare che reti neuromorfiche complesse e ad alta capacità/basso consumo possono funzionare su chip realizzati con fibra ottica basata sull’ossisolfuro di Gallio Lantanio.
I chip permettono di comunicare utilizzando variazioni di polarizzazione, intensità e lunghezza d’onda della luce grazie alle proprietà dei materiali calcogenuri.
La maggiore densità ottenibile con l’utilizzo di questi materiali permetterà in futuro di superare anche il numero di neuroni presenti nel nostro cervello, che è attorno agli 86 miliardi.
Un numero già enorme che permette le connessioni che ci danno la possibilità di avere una coscienza di noi, di apprendere, ricordare, immaginare ed esprimere i nostri pensieri.
Gli scenari futuri sono straordinari: sia per la ricerca nel settore delle reti neuromorfiche che in quello della computazione tradizionale, che potrebbe vedere cambiare il modo in cui si progettano e realizzano i chip dei computer grazie alla fibra ottica.
