Imitare il cervello umano con i chip, ricercatori italiani propongono un nuovo approccio

Imitare il cervello umano con i chip, ricercatori italiani propongono un nuovo approccio

Un articolo pubblicato sulla rivista Nature Materials illustra la scoperta di un team di ricercatori dei Politecnici di Torino e Milano e dell'INRiM nel campo dell'intelligenza artificiale.

di pubblicata il , alle 11:31 nel canale Processori
 

Da Intel con Loihi 2 a Samsung che vuole "copia-incollare" il cervello, il mondo della ricerca scientifica e della tecnologia guarda al funzionamento dei cervelli biologici per dare forma ad architetture di calcolo più efficienti e malleabili, capaci di rispondere alle sfide sempre più complesse del futuro. Stiamo parlando del cosiddetto "calcolo neuromorfico".

La comprensione della mente umana è alla base del boom dell'Intelligenza Artificiale, grazie alla quale supercomputer di IBM e Google hanno battuto campioni di giochi di strategia (scacchi, Jeopardy, Go), e grazie alla quale i nostri computer e telefoni sono dotati di software sempre più intelligenti, in grado di imparare dalle nostre esperienze.

Nonostante questi incredibili progressi, la capacità del cervello umano di processare informazioni spazio-temporali in parallelo e a bassissimo consumo rimane inarrivabile per gli attuali approcci computazionali (il consumo del supercomputer Watson di IBM è circa un milione di volte maggiore di quello del nostro cervello).

Un team del Politecnico di Torino coordinato da Carlo Ricciardi - docente del Dipartimento di Scienze Applicate e Tecnologia-DISAT - insieme a Daniele Ielmini del Politecnico di Milano e a Gianluca Milano dell'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica-INRiM in un recente studio pubblicato su Nature Materials propongono un approccio hardware, partendo dall'evidenza che anche le più complesse funzioni del cervello, come memoria e apprendimento, sono espressione di un comportamento collettivo di connessioni (sinapsi) e unità di processo (neuroni) che hanno una natura fisica e materiale.

I dispositivi messi a punto da Ricciardi, Ielmini e Milano si basano su reti di nanofili (nanowires) memresistivi, cioè architetture su scala nanometrica (la stessa delle sinapsi biologiche) che mostrano le tipiche funzioni neurali come adattabilità, plasticità e correlazione spaziotemporale.

In particolare, nell'articolo pubblicato su Nature Materials viene proposto un sistema composto da due architetture, entrambe memresistive: la rete di nanofili reagisce agli input, producendo un output spazio-temporale a dimensionalità ridotta e transitorio, il quale viene poi processato da una matrice di RAM resistive non volatili, grazie alle quali si possono implementare funzioni di classificazione e inferenza usando le semplici leggi di Ohm e Kirchoff (physical in-memory computing).

Poiché la maggior parte del consumo energetico nei sistemi basati su Intelligenza Artificiale è relativa all'addestramento (training) della rete (come capita anche per le reti neurali biologiche), questa compressione dei parametri operata dalla rete di nanofili comporta una notevole diminuzione del consumo complessivo. Nella prospettiva di sfruttare industrialmente tali potenzialità, i tre gruppi hanno già depositato un brevetto congiunto.

"Abbiamo mostrato che è possibile implementare 'in materia'", spiega Carlo Ricciardi, "la dinamica dei processi cognitivi che da un lato sfruttano la memoria operativa a breve termine per richiamare e confrontare immagini, idee e simboli, mentre dall'altro classificano i risultati in variazioni strutturali delle nostre connessioni (memoria a lungo termine). Inoltre, tali dispositivi possono implementare paradigmi computazionali che necessitano di un addestramento limitato come il reservoir computing, aprendo la strada non solo a computer sempre più intelligenti e a basso consumo, ma anche a protesi neurali impiantabili, che un domani potrebbero consentire il recupero o il contenimento di funzioni neurali in regressione".

3 Commenti
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mentalray05 Ottobre 2021, 12:49 #1
Il cervello umano é quello che causa le guerre, le carestie, le pandemie e la distruzione dell'ambiente.
Forse bisognerebbe cambiare modello, meglio il cervello delle piovre o dei delfini, il problema é che siamo troppo stupidi per imitarli e troppo arretrati per riprodurli.
aqua8405 Ottobre 2021, 13:12 #2
Originariamente inviato da: mentalray
Il cervello umano é quello che causa le guerre, le carestie, le pandemie e la distruzione dell'ambiente.
Forse bisognerebbe cambiare modello, meglio il cervello delle piovre o dei delfini, il problema é che siamo troppo stupidi per imitarli e troppo arretrati per riprodurli.

Credo che stai "un filino" generalizzando troppo...

C è anche quel tipo di cervello, ma non solo.
Gandhi non credo che abbia avuto in mente di fare guerre o distruggere l ambiente...
Gandhi, Einstein, e tantissimi altri scienziati, filosofi, artisti... si potesse fare un copia-incolla di questi loro cervelli verrebbe fuori sicuramente qualcosa di fantastico.
LMCH05 Ottobre 2021, 13:40 #3
Originariamente inviato da: mentalray
Il cervello umano é quello che causa le guerre, le carestie, le pandemie e la distruzione dell'ambiente.
Forse bisognerebbe cambiare modello, meglio il cervello delle piovre o dei delfini, il problema é che siamo troppo stupidi per imitarli e troppo arretrati per riprodurli.

Rilassati, respira profondamente e rifletti su quello che hai scritto.
Mi sa che non conosci a sufficienza ne gli esseri umani e ne l'ecosistema terrestre.

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