17 ott 2023 (Notizie Nanowerk) Esiste un'intensa ricerca a livello mondiale di nuovi materiali con cui costruire microchip per computer che non siano basati su quelli classici transistor ma su componenti molto più efficienti, simili al cervello. Tuttavia, mentre le basi teoriche per i classici computer digitali basati su transistor sono solide, non esistono vere e proprie linee guida teoriche per la creazione di computer simili al cervello. Una tale teoria sarebbe assolutamente necessaria per dare solide basi agli sforzi profusi nella progettazione di nuovi tipi di microchip, sostiene Herbert Jaeger, professore di informatica in materiali cognitivi all'Università di Groningen.
Gli scienziati di tutto il mondo sono alla ricerca di nuovi materiali per costruire microchip per computer simili al cervello, a risparmio energetico, mentre la classica miniaturizzazione dei transistor raggiunge il suo limite fisico.
Mancano linee guida teoriche per computer simili al cervello, il che li rende cruciali per i progressi nel campo.
La versatilità e la robustezza del cervello servono da ispirazione, nonostante la conoscenza limitata del suo esatto funzionamento.
Un recente articolo suggerisce che una teoria per i computer non digitali dovrebbe concentrarsi su segnali analogici continui e considerare le caratteristiche dei nuovi materiali.
Colmare il divario tra diversi campi scientifici è vitale per sviluppare una teoria fondamentale per il calcolo neuromorfico.
Una teoria generale dei sistemi informatici fisici comprenderebbe le teorie esistenti come casi speciali. (Figura tratta da una versione estesa del documento Nature Comm su arXiv)
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Finora i computer si sono basati su interruttori stabili che possono essere spenti o accesi, solitamente transistor. Questi computer digitali sono macchine logiche e anche la loro programmazione si basa sul ragionamento logico. Per decenni i computer sono diventati più potenti grazie all’ulteriore miniaturizzazione dei transistor, ma questo processo si sta ormai avvicinando a un limite fisico. Ecco perché gli scienziati stanno lavorando per trovare nuovi materiali per realizzare interruttori più versatili, che potrebbero utilizzare più valori oltre ai soli numeri 0 o 1.Insidia pericolosa
Jaeger fa parte del Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron), che mira a sviluppare computer neuromorfi (cioè simili al cervello).. CogniGron riunisce scienziati che hanno approcci molto diversi: scienziati dei materiali sperimentali e modellatori teorici provenienti da campi diversi come matematica, informatica e intelligenza artificiale. Lavorare a stretto contatto con gli scienziati dei materiali ha dato a Jaeger una buona idea delle sfide che devono affrontare quando si cerca di inventare nuovi materiali computazionali, mentre lo ha anche reso consapevole di una pericolosa trappola: non esiste una teoria consolidata per l'uso di materiali non materiali. effetti fisici digitali nei sistemi informatici. Il nostro cervello non è un sistema logico. Possiamo ragionare in modo logico, ma questa è solo una piccola parte di ciò che fa il nostro cervello. Nella maggior parte dei casi, deve capire come portare una mano su una tazza da tè o salutare un collega che gli passa accanto in un corridoio. "Gran parte dell'elaborazione delle informazioni effettuata dal nostro cervello è di tipo non logico, continuo e dinamico. È difficile formalizzarlo in un computer digitale,' spiega Jaeger. Inoltre, il nostro cervello continua a funzionare nonostante le fluttuazioni della pressione sanguigna, della temperatura esterna, dell’equilibrio ormonale e così via. Com'è possibile creare un computer così versatile e robusto? Jaeger è ottimista: "La risposta è semplice: il cervello è la prova di principio che è possibile farlo".neuroni
Il cervello è, quindi, fonte di ispirazione per gli scienziati dei materiali. Jaeger: 'Potrebbero produrre qualcosa composto da poche centinaia di atomi e che oscillerà, o qualcosa che mostrerà esplosioni di attività. E diranno: "Sembra che funzionino i neuroni, quindi costruiamo una rete neurale".' Ma qui manca loro una parte vitale di conoscenza. «Nemmeno i neuroscienziati sanno esattamente come funziona il cervello. È qui che la mancanza di una teoria per i computer neuromorfici diventa problematica. Eppure, il campo non sembra vederlo.' In un articolo pubblicato in Nature Communications (“Verso una teoria formale per le macchine calcolatrici fatta di tutto ciò che la fisica offre”), Jaeger e i suoi colleghi Beatriz Noheda (direttore scientifico di CogniGron) e Wilfred G. van der Wiel (Università di Twente) presentano uno schizzo di come potrebbe apparire una teoria per computer non digitali. Propongono che invece di interruttori 0/1 stabili, la teoria dovrebbe funzionare con segnali analogici continui. Dovrebbe inoltre tenere conto della ricchezza di effetti fisici su scala nanometrica non standard che gli scienziati dei materiali stanno studiando.Sottoteorie
Un'altra cosa che Jaeger ha imparato ascoltando gli scienziati dei materiali è che i dispositivi realizzati con questi nuovi materiali sono difficili da costruire. Jaeger: "Se ne fai un centinaio, non saranno tutti identici." In realtà questo è molto simile al cervello, poiché neanche i nostri neuroni sono tutti esattamente identici. Un altro possibile problema è che i dispositivi sono spesso fragili e sensibili alla temperatura, continua Jaeger. "Qualsiasi teoria per il calcolo neuromorfico dovrebbe tenere conto di tali caratteristiche." È importante sottolineare che una teoria alla base del calcolo neuromorfico non sarà una singola teoria ma sarà costruita da molte sottoteorie (vedi immagine sotto). Jaeger: "In effetti questo è anche il modo in cui funziona la teoria del computer digitale, è un sistema stratificato di sottoteorie connesse." La creazione di una tale descrizione teorica dei computer neuromorfici richiederà una stretta collaborazione tra scienziati dei materiali sperimentali e modellatori teorici formali. Jaeger: "Gli scienziati informatici devono essere consapevoli della fisica di tutti questi nuovi materiali e gli scienziati dei materiali dovrebbero essere consapevoli dei concetti fondamentali dell'informatica."Punti ciechi
Colmare questo divario tra scienza dei materiali, neuroscienze, informatica e ingegneria è esattamente il motivo per cui CogniGron è stata fondata presso l’Università di Groningen: riunisce questi diversi gruppi. "Abbiamo tutti i nostri punti ciechi", conclude Jaeger. "E la lacuna più grande nelle nostre conoscenze è una teoria fondamentale per il calcolo neuromorfico. Il nostro articolo è un primo tentativo di evidenziare come tale teoria potrebbe essere costruita e come possiamo creare un linguaggio comune.'- Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
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- Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63871.php
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