Un système informatique inspiré du cerveau basé sur skyrmions « lit » l’écriture manuscrite

Un appareil informatique qui utilise de minuscules tourbillons magnétiques pour traiter les données a été formé pour reconnaître les chiffres manuscrits. Développé par des chercheurs du RIKEN, l’appareil montre que des tourbillons magnétiques miniatures pourraient être utiles pour réaliser des systèmes informatiques à faible consommation d’énergie inspirés du cerveau.

Notre cerveau contient des réseaux complexes de neurones qui transmettent et traitent les signaux électriques. Les réseaux de neurones artificiels imitent ce comportement et sont particulièrement aptes à des tâches telles que la reconnaissance de formes.

Mais les réseaux de neurones artificiels consomment beaucoup d’énergie lorsqu’ils fonctionnent sur des puces de silicium conventionnelles. Les chercheurs développent donc des plateformes alternatives spécialement conçues pour l’informatique inspirée par le cerveau, une approche connue sous le nom d’informatique neuromorphique.

Le nouveau dispositif neuromorphique créé par des chercheurs, dont Tomoyuki Yokouchi du RIKEN Center for Emergent Matter Science, repose sur un type de réseau neuronal artificiel connu sous le nom de modèle informatique de réservoir. L’une des caractéristiques de ce modèle est sa mémoire à court terme – sa sortie dépend à la fois des entrées passées et présentes du système.

C’est là qu’interviennent de minuscules tourbillons magnétiques connus sous le nom de skyrmions. Ces modèles magnétiques ont un effet de mémoire intégré, car leur structure et leur comportement reflètent une exposition antérieure aux champs magnétiques.

Les skyrmions peuvent également fonctionner à basse énergie. « Un autre avantage de l’utilisation des skyrmions est l’économie d’énergie, car les skyrmions peuvent être contrôlés à l’aide de très petites densités de courant », explique Yokouchi.

L’appareil de l’équipe contient une série de barres recouvertes d’un film de platine-cobalt-iridium, qui peut héberger des skyrmions de quelques micromètres de large.

Pour mettre des données dans l’appareil, les chercheurs ont codé des informations dans un champ magnétique qui, lorsqu’il est appliqué aux skyrmions, génère une tension. Cette tension de sortie dépend du nombre et de la taille des skyrmions présents.

Les chercheurs ont formé l’appareil en utilisant plus de 13 000 images de chiffres manuscrits de 0 à 9. Ils ont converti les images en signaux d’entrée magnétiques et réglé l’appareil de sorte que les signaux de tension de sortie représentent avec précision le bon chiffre.

L’équipe a ensuite testé l’appareil en utilisant 5 000 images supplémentaires et a découvert qu’il pouvait reconnaître les chiffres avec une précision d’environ 95 %, surpassant les appareils neuromorphiques concurrents.

« Notre travail indique que l’informatique neuromorphique économe en énergie peut être réalisée à l’aide de skyrmions », déclare Yokouchi.

Les résultats sont publiés dans la revue Avancées scientifiques.

L’équipe espère développer un dispositif similaire qui utilise un courant électrique pour son entrée, plutôt qu’un champ magnétique, ce qui devrait améliorer ses performances et réduire encore sa consommation d’énergie. « Si nous réussissons, nous pourrons peut-être démontrer des tâches plus complexes telles que la reconnaissance vocale et le suivi des mouvements », déclare Yokouchi.