Une puce électronique capable de se restructurer elle-même à la façon d'un cerveau

Une équipe de chercheurs a créé une puce électronique capable de se reconfigurer elle-même en fonction des besoins. Cette technologie est basée sur certaines propriétés du cerveau humain et pourrait aider les intelligences artificielles à apprendre plus facilement sur le long terme.

« La plasticité neuronale est définie comme la capacité du cerveau à modifier sa structure et sa fonction en réponse à l’expérience », expliquent les scientifiques dans une publication publiée dans la revue Science.

Notre cerveau, petit bijou de technologie, est en effet capable d’apprendre de nouvelles choses sur le long terme et de s’adapter, sans effacer les données précédentes à chaque fois. Les intelligences artificielles, en revanche, n’avaient jusqu’ici pas de structure qui leur offrait cette capacité. La capacité « d’apprentissage » des IA repose plutôt sur des logiciels qui traitent un très grand nombre de données, mais les circuits en eux-mêmes des machines n’évoluent pas. Du moins, jusqu’ici.

« Le cerveau des êtres vivants peut apprendre en continu tout au long de leur vie. Nous avons maintenant créé une plate-forme artificielle permettant aux machines d’apprendre tout au long de leur durée de vie », explique Shriram Ramanathan, professeur à la School of Materials Engineering de l’Université Purdue, dans un communiqué publié par l’université. « Si nous voulons construire un ordinateur ou une machine qui s’inspire du cerveau, alors, en conséquence, nous devons avoir la capacité de programmer, reprogrammer et changer la puce en continu », ajoute-t-il.

L’un des intérêts de cette technologie est qu’elle pourrait permettre de créer des IA plus « portables », puisqu’il serait possible de les embarquer directement dans un dispositif autonome, pouvant fonctionner même sans être connecté à un logiciel externe.

Concrètement, l’innovation en question ressemble à une petite pièce rectangulaire composée de nickelate de pérovskite, une matière très sensible à l’hydrogène. C’est cet hydrogène qui constitue la clé de l’adaptabilité de la puce. En envoyant des impulsions électriques à différentes tensions, les scientifiques sont parvenus à faire évoluer la façon dont cet élément se concentre sur la puce, en seulement quelques nanosecondes. Les différentes configurations obtenues ont été identifiées par les scientifiques comme pouvant créer des schémas de conductivité correspondant à des éléments du cerveau.

Des impulsions électriques pour manipuler l’hydrogène

Les dispositifs peuvent ainsi devenir « des résistances, des condensateurs de mémoire, des neurones artificiels et des synapses artificielles », peut-on lire dans l’article scientifique. Par exemple, quand la concentration d’hydrogène se fait davantage au centre de la puce, elle peut agir comme un neurone, c’est-à-dire une seule cellule nerveuse. Si au contraire la concentration est moindre au centre, elle va plutôt adopter les caractéristiques d’une synapse, c’est-à-dire une connexion entre deux neurones : « c’est ce que le cerveau utilise pour stocker de la mémoire dans des circuits neuronaux complexes », précise le communiqué de l’université.

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Les résultats semblent plutôt impressionnants, puisque des équipes ont par exemple démontré que le réseau neuronal artificiel est capable de s’agrandir ou de se rétrécir en fonction de l’effort d’apprentissage demandé, ou encore de « choisir » quel circuit est le plus approprié pour répondre à une tâche donnée. Le circuit a aussi démontré une plus grande efficacité que ceux plus « statiques » lorsqu’il a été testé sur de l’analyse d’électrocardiogramme.

Autre point fort de l’innovation : sa relative facilité de fabrication. Les technologies nécessaires ne diffèrent pas de celles utilisées habituellement pour la fabrication de puces électroniques, et la fabrication se fait à température ambiante. L’outil semble aussi robuste : « après avoir programmé l’appareil sur un million de cycles, la reconfiguration de toutes les fonctions est remarquablement reproductible », affirme à ce sujet Michael Park, doctorant à l’université de Purdue.

Au-delà de l’utilisation sur des « cerveaux artificiels », la puce pourrait donc aussi avoir son intérêt en matière de simplicité de fabrication, puisqu’il serait possible de « fabriquer » différentes fonctions de la même façon.