Neuroni artificiali biocompatibili: il futuro del neuromorphic computing e delle interfacce bioelettroniche

Innovazione nei neuroni artificiali biocompatibili con nanofili proteici di Geobacter sulfurreducens

Un team di ingegneri dell’Università del Massachusetts Amherst ha realizzato il primo neurone artificiale biocompatibile che opera alla stessa tensione dei neuroni biologici, aprendo nuove frontiere nel campo del neuromorphic computing e delle interfacce bioelettroniche. Grazie all’uso di nanofili proteici ricavati dal batterio Geobacter sulfurreducens, questi neuroni  artificiali funzionano a soli 0,1 volt, consumando un decimo della tensione e un centesimo dell’energia rispetto ai modelli precedenti. Il professore associato Jun Yao sottolinea che «i precedenti modelli di neuroni artificiali usavano 10 volte più tensione e 100 volte più energia di quelli che abbiamo creato».

Neuromorphic computing: la fantastica efficienza energetica e comunicazione diretta con i neuroni biologici

Il progresso più significativo risiede nella capacità di questi neuroni artificiali di comunicare direttamente con tessuti viventi, grazie a parametri elettrici come ampiezza del segnale, energia di spiking e risposte frequenziali molto simili a quelle dei neuroni umani. Ciò riduce drasticamente la necessità di amplificazione del segnale nei dispositivi indossabili, migliorandone l’efficienza e la semplicità. Yao dichiara che «i sistemi di sensori indossabili oggi sono ingombranti e inefficienti, perché necessitano di amplificazioni elettriche intermedie; con i nostri neuroni a bassa tensione, questo passaggio diventa superfluo».

Implicazioni mediche: nuove frontiere nelle interfacce cerebro-computer e dispositivi protesici hi-tech

Questa innovazione apre la strada a dispositivi medicali avanzati, come interfacce cervello-macchina più naturali, sensori per monitorare la salute cellulare in tempo reale, e protesi neurali altamente integrabili. La bassa energia richiesta e la biocompatibilità dei nanofili proteici li rendono ideali per applicazioni cliniche che richiedono un’interazione continua e sicura con il sistema nervoso umano.  Shuai Fu, ricercatore UMass, afferma: «Il nostro cervello elabora immensi volumi di dati con un consumo energetico bassissimo rispetto ai supercomputer oggi disponibili».

Crescita del mercato del neuromorphic computing grazie a innovazioni come i neuroni artificiali UMass

Il mercato globale del neuromorphic computing è in rapida espansione, con una previsione di crescita da 6,9 miliardi di dollari nel 2024 a circa 47,3 miliardi entro il 2034, con un CAGR (tasso annuo di crescita composto) del 21,23%. L’aumento della domanda in settori quali l’automotive, la robotica, la sanità e l’IA spinge l’adozione di tecnologie sempre più efficienti come quelle sviluppate all’UMass Amherst. L’integrazione di intelligenza artificiale con neuromorphic computing promette di rivoluzionare il modo in cui processiamo informazioni, portando a dispositivi più veloci, intelligenti e a basso consumo energetico.

Fonte notizia: UMass Amherst, Nature