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Utiliser la lumière pour alimenter des ordinateurs sans fil ressemblant à des cerveaux

Le système visuel utilise des signaux lumineux pour effectuer des calculs et communiquer, et constitue une étape essentielle vers des ordinateurs dotés d’un neuromorphisme avancé.

Imaginez un ordinateur qui traite les informations comme un cerveau humain. C’est l’objectif de la neuroinformatique, une approche de l’ingénierie informatique qui consiste à simuler des composants du cerveau et du système nerveux humains.

En modélisant les systèmes informatiques d’après le cerveau humain, les chercheurs espèrent créer des machines capables d’apprendre et de s’adapter plus efficacement que jamais. Un aspect clé de cette recherche est le développement de synapses artificielles, des dispositifs qui peuvent imiter la façon dont les neurones du cerveau communiquent entre eux.

Brillante idée

dans Une étude récente Publié dans Matériaux optiques avancés, les chercheurs ont découvert l’utilisation d’un appareil appelé phototransistor tout optique pour simuler les fonctions synaptiques du cerveau humain. Dans notre cerveau, les synapses sont des connexions entre les neurones qui permettent aux informations de circuler entre eux.

Les synapses excitatrices encouragent les neurones à « se déclencher » et à envoyer un signal, tandis que les synapses inhibitrices le suppriment. La capacité des neurones à communiquer de cette manière est essentielle à tous les aspects du fonctionnement cérébral, de la cognition et de la mémoire à la prise de décision et au contrôle des mouvements.

Ces dernières années, les chercheurs ont travaillé à la création de synapses artificielles capables d’imiter ce processus, dans l’espoir de créer des machines plus efficaces et intelligentes. Une façon de traiter ce problème consiste à utiliser des dispositifs à l’échelle nanométrique, tels que des transistors, qui peuvent imiter le comportement des synapses biologiques.

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Tout comme les synapses biologiques, ces dispositifs peuvent être programmés pour produire différents types de réponses en fonction du signal d’entrée. Dans l’étude actuelle, des chercheurs de l’Université nationale Cheng Kung à Taïwan ont découvert l’utilisation d’un nouveau type de dispositif appelé phototransistor IGZO/ZrOx tout optique pour simuler les fonctions d’interverrouillage.

Ce dispositif est constitué d’un film mince d’oxyde de zinc indium gallium (IGZO) recouvert d’une couche d’oxyde de zirconium (ZrOx). Lorsqu’il est exposé à différents types de lumière, l’appareil peut produire une « photoréponse » positive ou négative.

Les chercheurs ont pu contrôler l’appareil en utilisant différentes longueurs d’onde de lumière, ce qui leur a permis de simuler des réponses positives et négatives, comme dans les synapses excitatrices et inhibitrices de notre cerveau.

L’informatique neuronale traditionnelle repose sur des circuits électroniques, qui peuvent être complexes et difficiles à mettre à l’échelle. L’utilisation de feux de circulation à la place peut fournir une alternative plus simple et plus efficace.

« Lorsque la lumière est utilisée comme signaux de modulation, la transmission et le traitement des signaux seront plus rapides que les signaux électriques, ce qui aura des applications dans le calcul à grande vitesse. Deuxièmement, les synapses artificielles peuvent être contrôlées à distance par la lumière.  » Jen-Sue Chen, l’un des Les auteurs du papier, ont écrit dans un e-mail, « Ce sera utile pour le fonctionnement sans fil. »

Ouvrir la voie aux ordinateurs neuronaux avancés

Cette technologie a des applications potentielles dans divers domaines, notamment l’intelligence artificielle, les dispositifs médicaux, etc. Par exemple, il pourrait être utilisé pour créer des capteurs plus efficaces et intelligents ou pour développer de nouveaux types de dispositifs prothétiques capables de communiquer avec le système nerveux.

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En plus de servir de synapse artificielle dans l’informatique neuronale, ce phototransistor est également capable de servir de capteur qui détecte la lumière ultraviolette (UV) et infrarouge (IR), ce qui est important dans divers types de dispositifs médicaux.

Par exemple, la lumière UVB est couramment utilisée en photothérapie pour soulager les symptômes des affections cutanées. Cependant, pour s’assurer que l’application de la lumière UV est sûre, il est nécessaire de surveiller l’intensité lumineuse à l’aide de capteurs UV spécialisés. Dans les appareils électroniques portables, la détection infrarouge est de plus en plus essentielle pour des tâches telles que la surveillance de la température, la mesure du débit sanguin et la surveillance de l’oxygénation des tissus.

« Le phototransistor proposé pourrait intégrer à la fois des capteurs ultraviolets et infrarouges dans un seul appareil. Cela simplifiera non seulement la fabrication et réduira les coûts, mais augmentera également la fonctionnalité des dispositifs optoélectroniques avancés, a déclaré Chen.

Référence : Jen-Sue Chen, et al., Signaux synaptiques inductifs et inhibiteurs entièrement contrôlés optiquement via la photoréponse bipolaire d’un phototransistor à base d’oxyde.Matériaux optiques avancés (2023). DOI : 10.1002/adom.202300089

Crédit image en vedette : Victor Aznabaev sur Unsplash

Delphine Perrault

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