Fisico dell'Università di Kaiserslautern riceve un finanziamento dell'UE da milioni di euro per la costruzione di un cervello artificiale

Professore associato Dr. Philipp Pirro dell'Università di Kaiserslautern. (Foto: TUK/view) / Professore associato Dr. Philipp Pirro (Foto: TUK/view)

Il cervello con circa 100 miliardi di cellule nervose elabora gli stimoli sensoriali in frazioni di secondo. Le cellule sono strettamente connesse tramite sinapsi. La ricerca si ispira al cervello per sviluppare calcolatori neuromorfi. Tuttavia, le connessioni complesse necessarie sono limitate dall'hardware attuale. Per cambiare ciò, è in corso un nuovo progetto: le informazioni saranno trasmesse con l'aiuto dei magnoni, le particelle quantistiche delle onde di spin. Il professore associato Dr. Philipp Pirro dell'Università Tecnica di Kaiserslautern sarà insignito di un ERC Starting Grant di 1,5 milioni di euro per cinque anni, finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC).

Il cervello umano è estremamente complesso: le informazioni vengono trasmesse tramite sinapsi tra le cellule nervose. La ricerca si ispira al cervello per costruire calcolatori particolarmente efficaci, chiamati computer neuromorfi. Anche qui, i neuroni artificiali sono altamente connessi tramite sinapsi artificiali. Con tali computer, l'elaborazione dei dati dovrebbe accelerarsi significativamente in futuro, importante ad esempio per la guida autonoma o il riconoscimento di pattern in database complessi.

Per un funzionamento senza problemi di questo sistema, la progettazione tecnica della connessione sinaptica è di fondamentale importanza. «Sono molto complesse, quindi è difficile realizzarle con circuiti elettronici tradizionali», afferma il professore associato Dr. Philipp Pirro, che lavora nel campo del magnetismo presso TUK.

Il team del fisico di Kaiserslautern lavora per superare questo problema. Utilizza le onde di spin, le eccitazioni collettive degli spin in un materiale magnetico. Lo spin è il momento angolare intrinseco di una particella quantistica, come un elettrone o un protone. Costituisce la base dei fenomeni magnetici.

Le onde di spin sono interessanti per le applicazioni perché le loro particelle quantistiche, i magnoni, possono trasportare più informazioni rispetto agli elettroni e consumano anche significativamente meno energia.

Nel progetto «CoSpiN – Reti spintronic coerenti per il calcolo neuromorfo», finanziato dall'ERC, si prevede di usare le onde di spin per facilitare le connessioni e la trasmissione di informazioni. «Il principio è simile alla comunicazione a banda larga, in cui le informazioni vengono trasmesse tramite onde luminose. Vogliamo lavorare con onde di spin che possano trasportare informazioni a diverse frequenze», spiega Pirro. «Fungono da sinapsi.» I neuroni artificiali saranno nanoscilindri oscillanti, piccoli generatori di vibrazione che emettono onde di spin.

L'obiettivo è sviluppare componenti fisici per una rete spintronica innovativa a livello nanometrico. «Vogliamo gettare le basi per un cervello artificiale il più possibile simile a quello naturale», afferma il fisico di Kaiserslautern. Con questa tecnologia, in futuro si potrebbero realizzare calcolatori più veloci e potenti.

I lavori si svolgeranno nel nuovo edificio di ricerca LASE (Laboratorio per l'Ingegneria Avanzata dello Spin) nel campus di TUK. La ricerca di Pirro è integrata nel profilo di eccellenza OPTIMAS (Ottica e Scienza dei Materiali), finanziato dalla regione, e nel centro di ricerca speciale (SFB/TRR 173) «Spin+X – Spin nel suo ambiente collettivo», finanziato dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Domande a:
Professore associato Dr. Philipp Pirro
Dipartimento di Magnetismo / TU Kaiserslautern
Tel.: 0631 205 4092
E-mail: ppirro[at]rhrk.uni-kl.de