Ces synapses artificielles rivalisent avec celles du cerveau humain

Des chercheurs coréens ont mis au point des synapses artificielles capables de rivaliser avec les synapses du cerveau humain, tant par la taille que par la consommation énergétique. Un grand pas pour les nano-technologies et l’électronique miniature.

La magie du cerveau humain

Le cerveau humain est capable de réaliser 10 quadrillions (1024) d’opérations par seconde. A titre d’exemple, l’ordinateur le plus puissant de la planète, le Tianhe-2, un super-ordinateur chinois peut en réaliser 55 quadrillions. Ce qui n’est que 5 fois plus. Si un ordinateur peut calculer autant c’est tout simplement parce qu’il n’a pas de limite de place et donc de connexion synaptiques. Tandis que nous autres vulgaires humains devons composer avec la taille de notre boîte crânienne, les ordinateurs, à l’image du tout premier, peuvent s’étendre sur plusieurs mètres.

Mais le cerveau garde encore deux longueurs d’avance sur la machine. D’une part, il est limité par la taille de son crâne, certes, mais ses synapses sont beaucoup plus fines, et sa densité synaptique est par conséquent beaucoup plus importante. D’autre part, notre cerveau consomme beaucoup moins d’énergie pour réaliser la même action. Alors que le Tianhe-2 consomme 17,8 mégaWatts, soit ce qui est nécessaire pour alimenter près d’un million d’ampoules, le cerveau humain, lui, n’en consomme que 20. Vingt Watts. Pas 20 megawatts, ce qui suffit à peine à alimenter une seule ampoule… Depuis l’invention du premier ordinateur, les scientifiques redoublent donc d’ingéniosité non seulement pour miniaturiser les composants électroniques, mais aussi pour améliorer leurs performances de calcul, comme énergétiques.

Les grands pontes des NBICs (nanotechnologies, biotechnologies, informatiques et sciences cognitives) se font régulièrement remarquer pour des sorties médiatisées, comme Laurent Alexandre il y a peu, qui déclarait que les personnes avec un QI inférieur à 150 ne serviraient plus à rien. Et à Elon Musk, le très populaire patron de Tesla et de Space X d’ajouter que bientôt, l’Homme ne pourrait pas rivaliser avec les machines sans profiter lui-même des avantages de la technologie. Il faut toutefois tempérer les polémiques suscitées par ces déclarations qui sont souvent volontairement grandiloquentes, histoire de tirer son épingle du jeu médiatique. Après son intervention massivement relayée à la conférence Code, durant laquelle il parlé démocratie directe sur Mars, intelligence artificielle reliée à notre jugulaire, et questionné la réalité de notre monde qui ne serait en fait qu’un vaste simulacre, Elon Musk lui-même déclarait sur son compte twitter : « Bon, je suis à court d’histoires folles à raconter« . Moquant par la même occasion l’insatiable appétence des médias pour les déclarations polémiques et irraisonnables.

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Des synapses artificielles de pointe

Une équipe de chercheurs de l’Université coréenne de Pohang a réussi à fabriquer des transistors à 144 synapses. Ce qui reste loin de la performance du cerveau humain, qui compte en moyenne 10 000 synapses par neurone. Les synapses, ce sont les petites jointures qui connectent les millions de neurones les uns aux autres et qui permettent la transmission éclair des signaux nerveux. C’est grâce à ces petites merveilles miniatures que le cerveau humain reste supérieur à la puissance de calcul de la machine.

Les transistors conçus par les Wentao Xu, Sung-Yong Min, Hyunsang Hwang et Tae-Woo Lee ne font que 10 centimètres et regorgent de fils mesurant entre 200 et 300 nanomètres de diamètres, ce qui est 330 fois plus fin qu’un cheveu humain. Du fait de sa miniaturisation à l’extrême, ce bijou de nanotechnologie permettrait de réduire la consommation d’énergie nécessaire à son fonctionnement.

Selon eux, « la reproduction de synapses biologiques marque une étape importante pour la construction de composants électroniques cérébraux de grande échelle« .Car les imitations actuelles consomment encore beaucoup trop d’énergie comparativement aux synapses humaines, à raison d’une dizaine de femtojoule par événement synaptique. Leur création contribuerait ainsi à éviter l’un des principaux écueils de la synaptique artificielle. Leur système consiste en des transistors synaptiques (ST) de connectiques organiques (Organice Nanowire) qui reproduisent la  plupart des propriétés des systèmes biologiques. Pour concevoir des connectiques efficaces, ils se sont inspirés de la morphologie des fibres nerveuses.

Aussi, les synapses artificielles des chercheurs coréens seraient à même de rivaliser avec les synapses biologiques tant leur consommation d’énergie s’en trouve réduite, de l’ordre de 1,23 fJ par événement, contre plus d’une dizaine de femtojoules pour ce qui se fait actuellement. Leur solution pourrait bien révolutionner l’électronique et bénéficier notamment à la nano-robotique et aux systèmes informatiques miniatures. Le spectre des applications possible est immense, mais la médecine serait la première discipline à en profiter très largement.

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