La creazione di dispositivi elettronici in grado di imitare i processi biologici rappresenta una delle sfide più ambiziose dell’elettronica organica. Allo stesso tempo, lo sviluppo di sensori avanzati per la robotica intelligente, capaci di replicare i complessi meccanismi percettivi del corpo umano, continua a essere un obiettivo particolarmente difficile da realizzare. Tuttavia, una nuova ricerca condotta dalla Northwestern University e dalla Georgia Tech ha fatto un passo significativo in questa direzione, con la realizzazione di un particolare neurone sintetico che risponde agli stimoli con una velocità simile a quella dei neuroni umani.
Cosa sono i neuroni sintetici
Prima di andare a vedere l’ultima innovazione di queste due Università, è bene precisare cosa si intenda per neuroni sintetici (o artificiali). Si tratta di dispositivi elettronici, ispirati al funzionamento dei neuroni umani, che sono progettati per elaborare informazioni in modo estremamente rapido ed efficiente. Questa tecnologia rappresenta una soluzione ideale per integrare capacità di elaborazione avanzate in dispositivi indossabili e robot, inclusi quelli dotati di intelligenza artificiale, avvicinandoli sempre di più alle prestazioni del cervello umano.
A differenza degli 86 miliardi di neuroni umani, che comunicano attraverso impulsi elettrici, i neuroni sintetici si basano su tecnologie differenti. Un esempio è il modello sviluppato anni fa dal Swedish Medical Nanoscience Centre (SMNC) del Karolinska Institutet, composto da un biosensore che rileva le variazioni nei segnali chimici e da un modulo “che trasforma questi cambiamenti in un segnale elettrico, ‘tradotto’ nuovamente in un segnale chimico (attraverso un costrutto assimilabile a una pompa ionica)“, come riporta l’articolo di Repubblica.
I neuroni sintetici che “imitano i processi biologici reali”
Tornando al caso di Northwestern University e Georgia Tech, nel loro progetto recentemente descritto su Proceedings of the National Academy of Sciences, i ricercatori sono riusciti a sviluppare un neurone elettrochimico che non solo riesce a rispondere a stimoli con una velocità simile a quella dei neuroni umani, ma lo fa su una gamma di frequenze molto più ampia rispetto ai circuiti neurali artificiali esistenti, ben “50 volte […] rispetto ai circuiti neurali elettrochimici organici esistenti, come raccontato dal professor Tobin J. Marks, uno degli autori della ricerca.
Per sviluppare questo neurone sintetico, i ricercatori hanno collaborato con diversi dipartimenti e scuole, creando insieme materiali avanzati che il team ha poi incorporato nella progettazione e fabbricazione di circuiti e nell’integrazione del sistema. Infatti, una particolarità di questi neuroni è la loro integrazione con sensori tattili e sinapsi sintetiche, che hanno permesso di creare “un sistema completo di percezione neuromorfica tattile in grado di imitare i processi biologici reali“, come ha detto il professore Yao Yao, primo autore della ricerca.
Implicazioni per la robotica e oltre
Sebbene la creazione di un sistema perfettamente simile al cervello umano resti ancora un obiettivo lontano, questa tecnologia sperimentale offre un importante punto di partenza per future innovazioni in campi come la chimica organica, la bioelettronica, i dispositivi indossabili, la robotica intelligente e la tecnologia sanitaria.
L’avanzamento della tecnologia dei neuroni sintetici e della percezione tattile potrebbe infatti avere un impatto notevole su diversi settori, dalla robotica all’assistenza sanitaria, fino alle applicazioni in cui è necessaria una sensibilità avanzata, come nelle interfacce uomo-macchina.
Nei modelli futuri, il team spera di ridurre ulteriormente le dimensioni del dispositivo, portando il progetto un passo avanti verso l’imitazione completa dei sistemi di rilevamento umano.
