Grâce à cette synapse artificielle, votre ordinateur fonctionnera bientôt comme un cerveau humain

La course à la technologie est sans doute ce qui caractérise le plus le XXIe siècle. Nous voulons des ordinateurs plus puissants, des téléphones plus performants, et des IA aussi intelligentes que nous. Aussi intelligentes, oui, car jusqu’ici, rien n’a jamais été plus puissant que le cerveau humain. Les ingénieurs du monde entier pourront d’ailleurs vous l’affirmer : si l’on veut créer des « super-technologies », il faudra être capable de copier le fonctionnement de cet organe qui recèle encore bien des mystères… Et ces chercheurs du MIT semblent sur la voie.

Les ingénieurs du MIT remettent en cause le modèle dominant

Jusqu’ici, la grande majorité des ordinateurs fonctionne d’une manière binaire : ils captent et sauvegardent les informations avec une série de 0 et de 1 ; autrement dit un concept de marche et d’arrêt : c’est le signal numérique. Déjà suffisamment incompréhensible pour le commun des mortels, ce modèle dominant est aujourd’hui remis en cause par une équipe de scientifiques du MIT, qui assure qu’un tout nouveau monde se cache entre ces deux chiffres.

Et le cerveau semble être le parfait modèle à copier pour sortir des sentiers battus. Ce que l’on sait de lui, c’est qu’il arrive à stocker des informations dans deux mêmes régions, effectue de multiples opérations en parallèle et utilise des signaux numériques ET analogiques.

Un signal analogique, contrairement à un numérique, est un signal périodique qui varie continuellement. Il se place donc, grosso modo, entre le 0 et le 1 des signaux numériques.

Pour faire passer une information, le cerveau use de ses 100 milliards de synapses, eux-mêmes connectés à 80 milliards de neurones ; certaines synapses étant électriques. Dans le cerveau, les informations sont donc transmises grâce à une variation très précise de la tension électrique.

Le problème des anciennes puces neuromorphiques

Les ingénieurs du MIT, auteurs de l’étude, se sont donc ouvertement inspirés du cerveau humain pour concevoir une synapse artificielle. Jusqu’ici, les puces « neuromorphiques » utilisaient deux couches conductrices d’électricité, séparées par une sorte d’interrupteur (constitué de matériaux amorphes) qui servait de synapse. Lorsque cet interrupteur était allumé, les ions y circulaient et créaient des filaments électriques pour reproduire le poids, la force ou la faiblesse du signal qui passait entre deux neurones.

Le problème de cette approche, c’est que le flux électrique se dispersait. « Avec ce genre de matériau amorphe, […] les ions se dispersent parce qu’il y a beaucoup d’anomalies. » En effet, la structure d’un matériau amorphe fait que les molécules qui le composent sont aléatoirement distribués, contrairement à un matériau cristallin dont le schéma des molécules est totalement ordonné.

Et de continuer : « Le flux [électrique] change et il est difficile à contrôler. C’est le problème le plus important : la synapse artificielle n’est pas uniforme. ». Une fois le problème identifié, l’équipe s’est mise en tête qu’elle devait construire un nouvel interrupteur, et donc une nouvelle synapse, avec de tous nouveaux matériaux.

Une puce qui imite le fonctionnement du cerveau

Pour créer une nouvelle puce, ils ont construit une synapse constituée d’une plaque de silicium cristallin, puis ont ajouté une couche de silicium-germanium sur le dessus. Grâce à leur sorte de maillage, les deux matériaux forment un entonnoir, afin de laisser passer les ions sans pour autant les faire se disperser.

Les synapses construites de cette façon mesurent 25 nanomètres. Il est donc évident qu’elles sont totalement invisibles à l’oeil nu. En les testant, les ingénieurs ont découvert que le flux d’électricité ne variait que de 4 %. L’une des synapses, expérimentée plus de 700 fois, ne faisait subir à son courant qu’une variation de 1 %. Jeehwan Kim, chef du projet, a déclaré : « C’est l’appareil le plus uniforme que l’on peut achever. ».

L’équipe a également mené un test plus terre-à-terre en incorporant plusieurs synapses à une puce. Les chercheurs ont inséré des milliers de styles d’écriture dans sa mémoire. Et la puce a su reconnaître 95 % d’entre elles… « À terme, nous voulons une puce aussi grande qu’un ongle qui pourrait remplacer un énorme super-ordinateur », a affirmé Jeehwan Kim. N’oublions pas que, grâce aux synapses, le cerveau arrive à mieux se souvenir de faits et de tâches qu’il a appris, afin d’ensuite les reproduire. Imaginez la puissance d’un ordinateur qui se comporterait comme un cerveau humain. Un espoir qui pourrait bien s’avérer possible dans un futur relativement proche…