Un dispositivo ispirato al cervello imita la memoria per un'intelligenza artificiale più avanzata. / Brain-inspired device mimics memory for smarter AI

Un dispositivo ispirato al cervello imita la memoria per un'intelligenza artificiale più avanzata. / Brain-inspired device mimics memory for smarter AI

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

L'illustrazione mostra un nuovo fototransistor che integra rilevamento della luce, memoria ed elaborazione del segnale  / Illustration depicts a new phototransistor that integrates light sensing, memory and signal processing

I ricercatori dell'Università statale dell'Oregon hanno sviluppato un dispositivo fotosensibile ispirato al cervello che integra rilevamento e memoria, consentendo ai ricordi digitali di rafforzarsi o svanire nel tempo.

Una tecnologia che funzioni in modo più simile al cervello umano potrebbe consentire ai sistemi di intelligenza artificiale di lavorare più velocemente consumando meno energia, ha affermato il responsabile del progetto Larry Cheng del College of Engineering dell'OSU. Il lavoro, finanziato dalla National Science Foundation statunitense, è descritto in dettaglio sulla rivista Advanced Functional Materials.

Il nuovo dispositivo integra il rilevamento della luce, la memoria e l'elaborazione del segnale in un singolo fototransistor. Cheng ha affermato che l'hardware AI attuale solitamente distribuisce queste funzioni tra componenti diversi, richiedendo il trasferimento di informazioni tra di essi, aumentando il consumo energetico e riducendo l'efficienza.

"Il nostro dispositivo optoelettronico introduce una nuova capacità hardware che potrebbe consentire un'elaborazione più efficiente delle informazioni direttamente a livello del sensore", ha affermato Cheng, professore di ingegneria elettrica ed informatica. "A differenza della memoria convenzionale, progettata per preservare le informazioni, il nostro dispositivo può controllare elettronicamente il modo in cui i ricordi si rafforzano o si deteriorano."

Nel nuovo dispositivo, la luce crea cariche elettriche immagazzinate che fungono da memoria. Analogamente a come i segnali chimici nel cervello regolano la forza della memoria e l'oblio, un piccolo segnale elettrico regola l'influenza di queste cariche immagazzinate, consentendo ai ricordi di persistere più a lungo o di svanire più rapidamente, il che rappresenta un passo importante verso i sistemi di calcolo neuromorfico, ha affermato Cheng.

Gli scienziati stanno esplorando il calcolo neuromorfico, che si ispira alla struttura ed alla funzione dei sistemi neurali biologici, ed il calcolo in-sensor per il loro potenziale di elaborare le informazioni dinamiche in modo più efficiente.

"Questa memoria fotosensibile con una durata di vita programmabile crea una finestra temporale regolabile per l'elaborazione di segnali visivi e di altri segnali provenienti da sensori direttamente nel punto in cui vengono rilevati, una capacità che potrebbe consentire sistemi di visione più efficienti e altre tecnologie di intelligenza artificiale basate su sensori", ha affermato Cheng.

Il dispositivo è costituito da un semiconduttore a ossido che funge da canale del transistor e trasporta la corrente elettrica, mentre un materiale organico fotosensibile posto sopra assorbe la luce e genera cariche elettriche.

Alcune di queste cariche rimangono intrappolate nello strato fotosensibile e continuano ad influenzare la corrente che scorre attraverso il semiconduttore di ossido, anche dopo che la luce è stata rimossa. Ciò consente al dispositivo di conservare una memoria dei segnali ottici passati.

"Ciò che rende unico questo lavoro è che le cariche immagazzinate non sono fisse in un luogo", ha affermato Cheng.

Applicando una tensione di gate elettrica, è possibile modificare la posizione delle cariche intrappolate rispetto al canale del transistor. Avvicinando le cariche al canale del transistor, si rafforza la loro influenza elettrica e si prolunga l'effetto memoria, ha affermato Cheng. Allontanandole, tale influenza si indebolisce e si accelera la perdita delle cariche immagazzinate, causando un più rapido decadimento della memoria.

ENGLISH

Researchers at Oregon State University have developed a brain-inspired light-sensitive device that integrates sensing and memory, enabling digital memories to strengthen or fade over time.

Technology that functions more like the human brain could enable artificial intelligence systems to work faster while consuming less electricity, said project leader Larry Cheng of the OSU College of Engineering. The work, funded by the US National Science Foundation, is detailed in Advanced Functional Materials.

The new device integrates light sensing, memory and signal processing in a single phototransistor. Cheng said that current AI hardware typically spreads those functions among different components, requiring information to move between them, increasing energy demands and reducing efficiency.

“Our optoelectronic device introduces a new hardware capability that may enable more efficient processing of information directly at the sensor level,” said Cheng, professor of electrical engineering and computer science. “Unlike conventional memory that is designed to preserve information, our device can electronically control how memories strengthen or decay.”

In the new device, light creates stored electrical charges that act as memory. Similar to how chemical signals in the brain regulate memory strength and forgetting, a small electrical signal adjusts the influence of those stored charges, allowing memories to persist longer or fade more quickly, which is an important step toward neuromorphic computing systems, Cheng said.

Scientists are exploring neuromorphic computing, which is modelled after the structure and function of biological neural systems, and in-sensor computing for their potential to process dynamic information more efficiently.

“This light-sensitive memory with a programmable memory lifetime creates a tuneable time window for processing visual and other sensor signals directly where they are detected, a capability that could enable more efficient vision systems and other sensor-based AI technologies,” said Cheng.

The device is made up of an oxide semiconductor serving as the transistor channel that carries electrical current, while an organic photosensitive material on top absorbs light and generates electrical charges.

Some of those charges become trapped within the photosensitive layer and continue to influence the current flowing through the oxide semiconductor, even after the light is removed. This allows the device to retain a memory of past optical signals.

“What makes this work unique is that the stored charges are not fixed in place,” said Cheng.

By applying an electrical gate voltage, the position of the trapped charges relative to the transistor channel can be changed. Moving the charges closer to the transistor channel strengthens their electrical influence and prolongs the memory effect, said Cheng. Moving them farther away weakens that influence and speeds the loss of stored charges, causing the memory to fade more quickly.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/osu-develops-brain-like-sensor-for-ai-systems