Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Massachusetts à Amherst a réalisé une avancée majeure en concevant des neurones artificiels qui peuvent communiquer directement avec des cellules vivantes. Cette innovation s’appuie sur des nanofils de protéines dérivés de bactéries capables de produire de l’électricité, permettant ainsi de créer des systèmes de calcul qui imitent l’efficacité énergétique du cerveau humain. Ces nouveaux neurones affichent des caractéristiques électriques proches de celles de leurs homologues biologiques, ouvrant la voie à des applications révolutionnaires dans le domaine de l’interaction entre la technologie et la biologie.
Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Massachusetts Amherst a récemment réalisé une avancée majeure dans le domaine des neurosciences et de l’ingénierie électronique en développant des neurones artificiels capables d’interagir directement avec des cellules vivantes. Ces nouveaux neurones imitent les fonctions électriques des neurones biologiques, ouvrant ainsi la voie à des applications révolutionnaires dans la conception d’ordinateurs basés sur des principes biologiques, ainsi qu’à des dispositifs électroniques pouvant communiquer avec notre corps.
Une innovation prometteuse
Shuai Fu, étudiant diplômé en ingénierie électrique et en informatique, et auteur principal de l’étude récemment publiée dans Nature Communications, souligne l’importance de cette découverte. Alors que le cerveau humain traite une quantité considérable de données tout en consommant très peu d’énergie, les ordinateurs traditionnels sont extrêmement énergivores. Par exemple, alors que le cerveau n’utilise que 20 watts pour des tâches telles que l’écriture, un grand modèle de langage (Large Language Model) comme ChatGPT peut nécessiter plus d’un mégawatt.
L’efficacité électrique du cerveau humain
Le corps humain se révèle plus de 100 fois plus électriquement efficace que les circuits informatiques classiques. Composé de milliards de neurones, le cerveau envoie et reçoit des impulsions électriques à travers le corps avec une efficacité inégalée. À l’inverse, les versions précédentes de neurones artificiels consommaient jusqu’à 10 fois plus de tension et 100 fois plus de puissance que les neurones développés par l’équipe de l’Université du Massachusetts.
Des neurones à faible tension
Les nouvelles neurones artificiels créés par Fu et ses collègues s’enregistrent à seulement 0,1 volts, une tension similaire à celle des neurones biologiques. Jun Yao, professeur associé d’ingénierie électrique et en informatique, explique que les tentatives antérieures de créer des neurones artificiels n’étaient pas assez efficaces pour interagir directement avec des neurones vivants, en raison de leur amplitude électrique trop élevée. Cette innovation marque un tournant dans le domaine, rendant possible un dialogue direct entre les neurones artificiels et les cellules vivantes.
Applications potentielles
Les applications des nouveaux neurones de Fu et Yao sont variées et prometteuses. Ils pourraient mener à la conception d’ordinateurs fondés sur des principes bio-inspirés, beaucoup plus efficaces. De plus, des dispositifs électroniques pourraient être développés pour établir une communication directe avec notre corps. Actuellement, les systèmes de détection électroniques portables sont souvent encombrants et nécessitent des étapes intermédiaires d’amplification, augmentant ainsi leur consommation d’énergie.
Le secret derrière l’innovation
Le secret de l’efficacité des nouveaux neurones réside dans l’utilisation de nanofils de protéines synthétisés à partir de la bactérie Geobacter sulfurreducens, qui a la capacité de produire de l’électricité. Yao et son équipe ont déjà conçu une variété de dispositifs incroyablement efficaces grâce à ces nanofils, y compris un biofilm alimenté par la sueur capable de fournir de l’énergie à des appareils électroniques personnels, une « nez électronique » capable de détecter des maladies, et des dispositifs qui peuvent récolter de l’électricité de l’air ambiant.
Cette avancée dans le domaine des neurones artificiels est susceptible de révolutionner notre approche des technologies biomédicales et des systèmes de détection, rendant les systèmes non seulement plus efficaces mais aussi plus accessibles. Les harmoniques entre biologie et technologie continuent de s’entrelacer, créant un avenir où électronique et biologie coexistent en parfaite synergie.
Pour explorer davantage ces innovations, découvrez les avancées récentes en matière de neurones synthétiques ici. D’autres recherches et études sur des modèles computationnels de neurones sont documentées ici, tandis que des travaux sur l’apprentissage coopératif avec des réseaux de neurones artificiels peuvent être consultés ici.
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