Des scientifiques découvrent un matériau exotique qui apprend comme le cerveau

Les chercheurs qui ont participé à l’étude affirment qu’il s’agit d’une découverte inédite et qu’aucun autre matériau ne se comporte de la sorte.

C’est presque comme s’il avait une mémoire.

Les scientifiques de l’EPFL ont mis au point un composé qui se souvient de l’historique des stimulations externes précédentes. Lorsqu’il est relaxé à température ambiante, le dioxyde de vanadium (VO2) présente une phase isolante, et lorsqu’il est chauffé à 68 degrés Celsius, il subit une transition abrupte de l’isolant au métal. En 2018, les scientifiques ont découvert pourquoi : les motifs du réseau des atomes changent lorsque la température augmente.

Finalement, le matériau revient à son état initial d’isolant lorsque la température baisse.

Comme les neurones

Selon les chercheurs, le composé dioxyde de vanadium n’a pas de cellules vivantes et aucune structure, même proche de celle du cerveau, mais il “se souvient” des stimuli externes passés.

Selon la théorie classique du VO2, le matériau retourne immédiatement à son état isolant après la suppression de l’excitation. Les chercheurs ont voulu savoir combien de temps il fallait au VO2 pour changer d’état. Après de nombreuses mesures, ils ont découvert un effet de mémoire dans la structure du matériau, ce qui a changé le cours de leurs recherches.

Un échantillon de VO2 a été chargé électriquement par des scientifiques.

Mohammad Samizadeh Nikoo, doctorant au Laboratoire de recherche en électronique de puissance et à large bande interdite (PowerLab) de l’EPFL, explique que “le courant s’est déplacé à travers le matériau, suivant un chemin jusqu’à ce qu’il sorte de l’autre côté”.

Le VO2 de l’échantillon a changé d’état en raison du réchauffement de l’échantillon par le courant. Peu de temps après, le matériau est revenu à l’état dans lequel il se trouvait avant le passage du courant.

Dans cette expérience, les scientifiques ont appliqué une deuxième impulsion de courant au matériau et ont constaté que le temps nécessaire au matériau pour changer d’état est directement associé à son histoire.

Selon le professeur Elison Matioli, le VO2 s’est “souvenu” de la première transition de phase et a anticipé la suivante. Un tel effet de mémoire n’était pas attendu, et il n’a rien à voir avec les états électroniques mais plutôt avec la structure physique du matériau.

Un matériau étrange

“C’est une découverte inédite : aucun autre matériau ne se comporte de la sorte”, a déclaré le professeur Matioli.

Dans des études, les scientifiques ont découvert que le VO2 pouvait retenir des informations jusqu’à trois heures après avoir été exposé à des stimuli externes. Il pourrait y avoir un effet de mémoire durable, mais les scientifiques ne sont pas en mesure de le mesurer pour le moment.

“L’effet de mémoire pourrait, en fait, persister pendant plusieurs jours, mais nous ne disposons pas actuellement des instruments nécessaires pour le mesurer”, explique Matioli.

Comme cet effet de mémoire a été observé dans le matériau lui-même, il s’agit d’une découverte extrêmement importante.

La mémoire est utilisée par les ingénieurs pour effectuer des calculs, et les matériaux ayant une capacité, une vitesse et une compacité accrues pourraient améliorer les performances de calcul. Ce sont tous ces critères que le VO2 remplit. Une mémoire persistante et structurelle le distingue encore des matériaux conventionnels qui stockent des informations binaires en fonction des changements d’état électrique.

À l’issue de l’étude, les chercheurs ont conclu que les interrupteurs VO2 se comportent de manière très similaire aux neurones du cerveau, où la mémoire et le traitement sont combinés en une seule unité, imitant parfaitement leur comportement.

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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche