TinyNeuron - Silicon Neuron for AI

Si può prendere ispirazione dal cervello umano per progettare sistemi elettronici più efficienti?

Il nostro cervello possiede miliardi di neuroni connessi tra loro da un numero ancora maggiore di sinapsi. Grazie a questa struttura interconnessa, è in grado di gestire un’enorme quantità di informazioni contemporaneamente, il tutto consumando meno di una vecchia lampadina ad incandescenza. 

Al contrario del nostro cervello, l’energia richiesta dai sistemi necessari ad eseguire gli algoritmi di intelligenza artificiale da cui oggi siamo circondati - smartphone, smart speaker, assistenti vocali, e dispositivi IoT - è ben maggiore e in costante aumento.

Questa disparità nel consumo di energia è dovuta principalmente alla diversa struttura che il cervello umano e i computer tradizionali hanno. I neuroni scambiano segnali elettrochimici come impulsi di corrente “spikes” , processando più dati contemporaneamente (parallelismo), in tempi diversi (sistema asincrono) e solo quando c’è uno stimolo esterno. La struttura dei computer tradizionali è invece basata sulla macchina di von Neumann, paradigma di elaborazione dei dati degli anni ‘40, in cui l’unità che memorizza le informazioni e l’unità che li processa sono separate tra loro. I dati in questo caso vengono elaborati con intervalli di tempo sempre uguali e in sequenze di 0 e 1, limitando così le prestazioni del sistema.

Perchè sviluppare microchip neuromorfici?

La codifica dell’informazione dei neuroni biologici ha ispirato le “Spiking Neural Networks”, classe di algoritmi di intelligenza artificiale che mostrano maggiori potenzialità rispetto a quelli convenzionali. Prendendo quindi spunto dalla struttura e dal comportamento elettrico della rete di neuroni biologici, è possibile progettare una rete neurale artificiale, cioè un microchip neuromorfico, in grado di eseguire algoritmi di intelligenza artificiale di nuova generazione.

Le ricadute della nostra ricerca possono essere diverse perchè microchip con queste caratteristiche, cioè con una architettura neuromorfica, hanno applicazioni in diversi ambiti per:  

• monitorare l’ambiente processando enormi quantità di dati raccolte da sensori che utilizzeranno pochissima energia;
• facilitare l’integrazione di protesi robotiche con il corpo umano perché il linguaggio di comunicazione è lo stesso dei neuroni biologici;
• aumentare l’efficienza dei sistemi per intelligenza artificiale, diminuendo l’energia elettrica richiesta.
  

Il nostro obiettivo e il tuo contributo

Questa campagna di crowdfunding è il primo passo essenziale senza il quale la nostra ricerca non può cominciare e il tuo contributo è quindi il primo componente imprescindibile del nostro lavoro. E poi? Ecco i prossimi passi.

• A conclusione della campagna di crowdfunding e nell’anno successivo, modelleremo e progetteremo la rete di neuroni artificiali, sfruttando le competenze maturate dal team in progetti di ricerca.
• Il secondo passo sarà la realizzazione di un prototipo su un vero e proprio microchip, che richiederà alcuni mesi per essere fabbricato dalla fonderia.
• Nello stesso periodo ci occuperemo della creazione della scheda di test (PCB), per poter misurare e verificare il funzionamento del circuito nei laboratori dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca.
  

Mano a mano che il lavoro procederà ti terremo costantemente aggiornato per raccontarti tutti gli sviluppi della ricerca che avrai reso possibile.

Grazie a Thales Alenia Space la tua donazione vale doppio! 

Thales Alenia Space crede nel nostro progetto e cofinanzierà la campagna di crowdfunding, donando 5000 euro quando raggiungeremo la metà del nostro obiettivo. Il tuo contributo di fatto varrà doppio, quindi dona ora!

Sei dei nostri? Ecco tutte le persone del team!

Proveniamo principalmente dal gruppo di Microelettronica, Dipartimento di Fisica, all'Università di Milano-Bicocca, in cui ci occupiamo di ricerche interdisciplinari. Negli ultimi anni abbiamo progettato biosensori per misurare l'attività elettrica dei neuroni: da qui la volontà di metterci in gioco per riprodurre il loro comportamento elettrico con un microchip. L'obiettivo è ambizioso, e non si concluderà con questo progetto, ma il crowdfunding rappresenta un'ottima scelta per validare una piccola rete neurale artificiale.

(*) For supporters residing outside of Italy, we are exploring options to provide rewards internationally, although this is not yet confirmed for the higher shipping costs. Please contact us and we will find a way to thank you!