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e’ italiano il primo prototipo di calcolatore a base liquida

Il nuovo calcolatore a base liquida non utilizza silicio, usato invece nei pc come li conosciamo, ma ‘ferrofluido’

 

Un prototipo di calcolatore a base liquida: l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova non smette di sorprendere la comunità scientifica. Il progetto, sviluppato da un team di ricercatori IIT, si basa su materiali completamente diversi dal silicio, fondamentale per i microchip che permettono il funzionamento dei computer così come li conosciamo
 

Con questo sistema, l’informatica si prepara ad assistere a una rivoluzione epocale. Guidati dal ricercatore Alessandro Chiolerio, un gruppo di scienziati dell’Istituto italiano di tecnologia (IIT) ha sviluppato il primo prototipo di un computer liquido, una tecnologia all’avanguardia che utilizza un ferrofluido composto da acqua e nanoparticelle di magnetite. Questo fluido reagisce a campi elettrici esterni; in questo modo, al calcolatore è stato possibile memorizzare e riconoscere numeri da 0 a 9. permettendo al  e porre cosi le basi per tutto quello che verrà.

Questa innovazione, pubblicata sulla rivista scientifica Advanced Materials, fa parte del progetto europeo COgiTOR, oordinato dall’IIT – a cui partecipano anche la University of the West of England, l’Empa (istituto di ricerca svizzero), la Plasmachem (azienda tedesca che commercializza nanomateriali) e Ciaotech (divisione italiana della multinazionale belga PNO) – con l’obiettivo di sviluppare un nuovo concetto di sistema cibernetico artificiale.

Una vera rivoluzione per l’informatica

La tecnologia dei calcolatori tradizionali è basata sul microchip; la loro struttura fisica è quindi composta di circuiti in silicio. Il prototipo che i ricercatori hanno costruito insieme si basa invece sull’impiego di altri materiali, tra l’altro non tossici. Nella fattispecie, acqua e magnetite (che altro non è che un ossido del ferro, simile alla ruggine).

Il nostro obiettivo è invece quello di sviluppare una tecnologia alternativa all’utilizzo del chip, tramite un approccio chiamato unconventional computing, finalizzato cioè alla realizzazione di “calcolatori non convenzionali” che potrebbero funzionare, idealmente, anche in un ipotetico futuro senza silicio”, ha affermato Alessandro Chiolerio, che guida il team di ricercatori.

Un progetto che arriva da lontano

Questa storia comincia con un’intuizione avuta da Chiolerio nel 2015, durante un periodo di lavoro all’estero presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, a Pasadena (California). Il suo compito lì era quello di ideare un sistema robotico con le stesse caratteristiche di un fluido, che fosse in grado di esplorare alcuni tipi di corpi celesti, come comete o piccoli asteroidi, difficili da perlustrare con le sonde spaziali automatiche.

È stato allora che il ricercatore ha pensato di ispirarsi ai fluidi anche per la ricerca in ambito computazionale, iniziando a immaginare la possibilità – apparentemente fantascientifica – di programmare elettricamente un liquido per insegnargli a svolgere dei calcoli.

Una volta messo insieme un gruppo di collaboratori entusiasti quanto lui, il ricercatore ha delineato il progetto e lo ha sottoposto alla Commissione europea attraverso un bando specifico dell’European Innovation Council, il cui obiettivo è quello di finanziare tecnologie innovative. Dopo diversi tentativi, il progetto è stato approvato, COgiTOR è diventato realtà e il primo prototipo di computer liquido è stato realizzato interamente nella sede di Genova dell’IIT e, successivamente, brevettato.

Come è fatto il computer liquido

Come è fatto, in pratica, questo calcolatore non convenzionale? Si tratta di un contenitore di alluminio (delle dimensioni di un piccolo flacone, come quello di un medicinale) collegato a due dispositivi elettronici della dimensione di una scatola da scarpe, tramite dei cavi. All’interno di questo flacone si trova la sostanza a base di acqua e magnetite in questione, chiamata ferrofluido.

Si tratta di un liquido opaco, completamente nero, le cui nanoparticelle rispondono agli stimoli magnetici cambiando la loro disposizione nello spazio.  In pratica, quando gli viene avvicinata una calamita, il liquido si muove e cambia forma, quasi come se fosse vivo.

 

Il ferrofluido del computer liquido I foto: Laura Taverna IIT

“Il suo invisibile movimento molecolare viene trasmesso, tramite i cavi e gli strumenti elettronici da banco, a un computer, spiegano i ricercatori. “Per il momento, infatti, è indispensabile l’utilizzo di un computer tradizionale per controllare gli esperimenti, ma il nostro obiettivo futuro sarà quello di farne il più possibile a meno”.

Il calcolatore a base liquida collegato al pc I foto: Laura Taverna IIT

Il riconoscimento dei numeri

Cosa avviene quando il calcolatore liquido entra in azione, dimostrandosi in grado di riconoscere i numeri da 0 a 9?

I ricercatori hanno abbinato a ognuna delle cifre da 0 a 9 una sequenza di impulsi elettrici, come una sorta di codice Morse specifico per ogni numero. Questi codici elettrici vengono trasmessi al contenitore con il ferrofluido tramite dei campi elettrici e letti con delle microonde, attraverso i cavi. In questo modo, i ricercatori sono riusciti a programmare il liquido per riconoscere i vari codici e per reagire in modo diverso in risposta a ognuno di essi.

Negli esperimenti condotti finora, il calcolatore liquido riesce effettivamente a fare ciò che gli viene richiesto: inviare al computer un segnale specifico in risposta a ognuno dei dieci diversi codici che gli venivano trasmessi, seppur con qualche errore. “Per ora la sua precisione è di poco superiore al 90%, nel senso che il 10% delle volte sbaglia perché confonde il codice associato a una cifra con quello di un’altra”, precisa Chiolerio. Ma si tratta comunque di risultati decisamente promettenti se non decisamente incredibili perchè aprono la strada a operazioni molto più complesse.Si potrebbe, ad esempio, programmare un calcolatore liquido perché riconosca un’immagine o una voce”, continua il ricercatore. “Sia uno stimolo visivo che uno uditivo possono infatti essere trasformati in una sequenza di impulsi elettrici ed utilizzati come input”.

Le potenziali applicazioni
Le potenzialità future di questa tecnologia sono notevoli. Oltre a riconoscere immagini e voci, potrebbe imitare il comportamento del cervello umano attraverso sistemi neuromorfici.
Un calcolatore liquido potrebbe anche essere utilizzato per processori di calcolo parallelo massiccio, riducendo l’impatto ambientale e il consumo energetico rispetto ai sistemi basati su silicio. I computer superpotenti sono oggi piuttosto inquinanti sia perché necessitano continuamente di energia elettrica per essere raffreddati, sia perché emettono a loro volta tonnellate di CO2 .
Di contro, l’acqua e la magnetite impiegate per il calcolatore liquido sono sostanze non inquinanti, ma la quantità di energia necessaria a far funzionare un calcolatore liquido non è neanche paragonabile a quella utilizzata dai sistemi di calcolo a base di silicio. Non è ancora possibile stimare con precisione questo ipotetico risparmio energetico, ma è verosimile che i supercalcolatori liquidi consumerebbero decisamente meno di quelli tradizionali.
 
Si tratta di applicazioni ancora puramente teoriche e che richiederanno anni di ingegnerizzazione e ottimizzazione, ma questo lavoro apre molte nuove frontiere nel campo della computazione, proponendo un paradigma innovativo di sistema cibernetico.

Se affascinato dal lavoro dei ricercatori italiani e stranieri? Segui il nostro blog, troverai aggiornamenti sulle ricerche più avanzate condotte nei laboratori in Italia e all’estero.

fonti: TecnoAndroid I Wired I IIT 

immagine di copertina: Claudia Wollesen via Pixabay

autrice: Barbara Marcotulli


 

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