Il computer che imita il cervello dei gatti

(Credits: Flickr)

Nel progettare le macchine abbiamo tutto da guadagnare dall’osservazione della natura. Lo testimoniano i robot che mimano alcune abilità animali e saltano come cavallette, volano come uccelli o nuotano come pesci per svolgere compiti particolari al servizio dell’uomo. Ma non è solo nel modo di muoversi che gli animali possono ispirare ingegneri elettronici e scienziati informatici.

Prendiamo per esempio alla capacità di riconoscere i volti. Un’abilità cruciale che le persone hanno e che da decenni si cerca di insegnare anche alle macchine, con esiti spesso deludenti. Mimare la capacità del cervello umano di riconoscere un volto, catalogarlo, abbinargli un nome e saperlo ripescare dalla memoria quando serve sarebbe immensamente complicato, perché troppi sono i processi neurologici coinvolti in questo compito. Se però invece dell’uomo si prende a modello il gatto, allora c’è chi raccoglie la sfida.

Il cervello felino è il modello per un computer di ispirazione biologica progettato presso l’Università del Michigan. L’ingegnere elettronico Wei Lu è fiducioso che la sua macchina rivoluzionaria sarà in grado di imparare e riconoscere, ma anche di prendere decisioni complesse e svolgere più compiti contemporaneamente rispetto a quanto riescono a fare i computer convenzionali.

Al posto del transistor Lu ha dotato il suo computer di un “memristor“, che lavora come una sinapsi, ricordando gli impulsi elettrici. Questo memristor può collegare i circuiti convenzionali con un procedimento simile a quello che sta alla base della memoria e dell’apprendimento dei sistemi biologici.

I supercomputer più sofisticati esistenti possono portare a termine alcuni compiti con la funzionalità cerebrale di un gatto, ma si tratta di macchinari enormi con 140.000 CPU e un generatore dedicato. Nonostante le dimensioni mastodontiche, le prestazioni di questo gigante elettronico restano ancora 83 volte più lente di quelle del cervello del gatto, scrive Lu nel suo studio pubblicato sulla rivista Nano Letters. “Noi stiamo costruendo un computer nello stesso modo in cui la natura costruisce un cervello. Il cervello del gatto è un obiettivo realistico ma pur sempre estremamente difficile da replicare per complessità ed efficienza”.

Nel cervello di un mammifero infatti i neuroni sono collegati gli uni agli altri da sinapsi, che si comportano come interruttori che possono creare percorsi che uniscono migliaia di neuroni. Le sinapsi ricordano questi percorsi in base  ai segnali elettrici generati dai neuroni.

In un normale computer le funzioni logiche e di memoria sono situate in parti diverse del circuito e ciascuna unità è collegata solo a una manciata di circuiti vicini. “Per questo i computer eseguono codice in maniera lineare, linea per linea”, spiega Lu. “Sono bravissimi a eseguire compiti relativamente semplici con poche variabili“. Ma un cervello può eseguire molte operazioni simultaneamente o in parallelo. Ecco come riusciamo a riconoscere istantaneamente una faccia.

Fino ad ora Lu ha collegato due circuiti elettronici con un memristor e ha dimostrato che questo sistema è capace di ricordare e apprendere in maniera plastica, la stessa che sarebbe alla base della memoria e dell’apprendimento nei cervelli dei mammiferi.

Il prossimo passo? Costruire un sistema più grande e raggiungere il livello di sofisticazione di un supercomputer in una macchina da scrivania. Ma non trattenete il fiato, potrebbero volerci anni.

Anche tra gli umani, comunque, la capacità di riconoscere i volti non è uguale per tutti gli individui. Se siete convinti di essere fisionomisti un breve test potrebbe farvi cambiare idea. Mettetevi alla prova.

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