L’intelligenza artificiale ha iniziato sempre più a imitare il cervello. Algoritmi come la classificazione automatica delle immagini e i programmi di apprendimento delle lingue di Google utilizzano reti di neuroni artificiali per eseguire compiti complessi.
Tuttavia, poiché l’hardware dei computer convenzionali non è stato progettato per eseguire algoritmi simili al cervello, queste attività di apprendimento automatico richiedono più potenza di calcolo rispetto al cervello umano. Il cervello, e i sistemi biologici in generale, sono in grado di eseguire calcoli ad alte prestazioni in modo molto più efficiente rispetto ai computer, e lo fanno rapidamente e con un consumo energetico minimo
La costruzione di reti neurali artificiali è un campo di ricerca emergente. Qui, i ricercatori guardano alla natura per trarre ispirazione nello sviluppo di chip bio-ispirati basati su architetture informatiche naturali. I chip neuromorfici vengono progettati per imitare specificamente il cervello umano e potrebbero presto sostituire le CPU.
I neuroni nel cervello si comportano come oscillatori non lineari, che sviluppano un’attività ritmica e interagiscono per elaborare le informazioni. Prendendo spunto da questo comportamento per realizzare un calcolo neuromorfico ad alta densità e bassa potenza, sarà necessario un numero enorme di oscillatori non lineari su scala nanometrica. Infatti, una semplice stima indica che, per far stare cento milioni di oscillatori organizzati in un array bidimensionale all’interno di un chip delle dimensioni di un pollice, le loro dimensioni devono essere inferiori a un micrometro.
È interessante notare che i recenti progressi nella nanotecnologia e nella scienza dei materiali stanno finalmente rendendo possibile immaginare la progettazione e la costruzione di reti basate su nanodispositivi multifunzionali che si avvicinano alla complessità dei sistemi biologici.
Dai nano-magneti alle reti neurali
Esempi di attività sincronizzate possono essere trovati in molti luoghi della natura, ad esempio lucciole che iniziano a lampeggiare all’unisono o esseri umani che applaudono a ritmo dopo un concerto.
Altri epossono essere trovati anche nel cervello, dove è stata trovata un’attività elettrica sincrona tra neuroni in regioni cerebrali distinte. La ricerca ha dimostrato che questa attività potrebbe svolgere un ruolo importante nell’esecuzione di compiti cognitivi e nella formazione della memoria.
Sebbene questi fenomeni possano essere interessanti, cosa hanno a che fare con i magneti su scala nanometrica? A quanto pare, questi vari fenomeni condividono un denominatore comune in quanto sono collegati tramite “la matematica della sincronizzazione“.
Anche se sono molto diversi, questi fenomeni possono effettivamente essere descritti molto bene utilizzando le stesse equazioni matematiche, tutte collegate dal concetto comune di sincronizzazione.
