Des chercheurs de l'université Northwestern annoncent avoir imprimé des « neurones artificiels » flexibles capables de générer des modèles de décharges électriques réalistes et de déclencher des réponses dans des tissus cérébraux de souris vivantes. L'équipe affirme que ces travaux, publiés le 15 avril dans Nature Nanotechnology, pourraient contribuer au développement d'interfaces cerveau-machine et d'une informatique neuromorphique plus économe en énergie.
Des ingénieurs dirigés par Mark C. Hersam à l'université Northwestern ont rapporté la création de neurones artificiels flexibles grâce à l'impression par jet d'aérosol sur des substrats polymères, en utilisant des encres électroniques composées de flocons nanométriques de disulfure de molybdène (MoS₂) et de graphène.
Selon les chercheurs, ils ont tiré parti d'une caractéristique du matériau que d'autres éliminent généralement : au lieu de brûler le polymère stabilisant après l'impression, ils l'ont partiellement décomposé. M. Hersam a expliqué que, sous l'effet du courant, le polymère se décompose davantage de manière spatialement irrégulière, formant un filament conducteur qui restreint le courant dans une zone étroite et produit une réponse électrique soudaine, semblable à celle d'un neurone.
L'équipe a indiqué que les dispositifs imprimés peuvent générer toute une gamme de modèles de signalisation — décharges uniques, tirs continus et salves — destinés à imiter la manière dont les neurones biologiques communiquent. M. Hersam a opposé l'organisation « hétérogène, dynamique et tridimensionnelle » du cerveau à l'informatique conventionnelle construite à partir de « milliards de dispositifs identiques » sur des puces en silicium rigides.
Pour tester la compatibilité biologique, les chercheurs ont collaboré avec la neurobiologiste Indira M. Raman. Le groupe de Mme Raman a appliqué les signaux de tension des neurones artificiels à des coupes de cervelet de souris, et l'équipe a rapporté que les décharges artificielles correspondaient aux caractéristiques biologiques clés, notamment en termes de synchronisation et de durée, et déclenchaient de manière fiable une activité dans les neurones vivants.
Les chercheurs ont déclaré que cette approche pourrait soutenir de futures neuroprothèses et interfaces cerveau-machine, et pourrait également éclairer l'informatique inspirée du cerveau visant à réduire la consommation d'énergie. M. Hersam a souligné que le cerveau est « cinq ordres de grandeur » plus économe en énergie qu'un ordinateur numérique, et a fait valoir que les besoins en énergie et en refroidissement de l'informatique liée à l'IA à grande échelle poussent les entreprises vers des centres de données à l'échelle du gigawatt, avec les demandes en chaleur et en eau que cela implique.
L'équipe a également mis en avant des atouts de fabrication liés à la méthode d'impression : comme l'impression par jet d'aérosol est un processus additif qui dépose le matériau uniquement là où il est nécessaire, ils ont affirmé qu'elle peut réduire le gaspillage et permettre une fabrication à faible coût. L'étude a été soutenue par la National Science Foundation, ont précisé les chercheurs.
