Un team italiano del Cnr-ismn e dell’Università di Milano-Bicocca, in collaborazione con la Rwth Aachen University, ha sviluppato l’organic photonic synaptic transistor (Opst), un transistor fotonico organico capace di elaborare e memorizzare informazioni usando la luce.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Materials horizons, apre la strada a una nuova generazione di sistemi neuromorfici ispirati al cervello umano.
Un transistor che “impara” dalla luce
Il dispositivo nasce dal lavoro congiunto dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati del Cnr di Bologna (Cnr-ismn), dei ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca e degli scienziati della Scuola superiore politecnica della Renania-Vestfalia ad Aquisgrana (Rwth Aachen University).
L’opst è un transistor sinaptico fotonico basato su molecole organiche progettate per reagire selettivamente agli stimoli luminosi ed elettrici.
Una delle innovazioni più significative riguarda l’approccio molecolare: i ricercatori hanno progettato il materiale partendo dalla struttura delle molecole, ottenendo proprietà fotoniche e sinaptiche integrate fin dal livello chimico.
“Le molecole impiegate sono radicali organici persistenti fotosensibili”, spiega il professor Luca Beverina dell’Università di Milano-Bicocca, “e la loro particolare struttura elettronica permette di controllare con grande precisione la risposta agli impulsi luminosi”.
Memoria a breve e lungo termine come nelle sinapsi umane
Sottoposto a stimolazioni luminose differenti – come luce blu o infrarossa – il transistor manifesta comportamenti che imitano i processi di memoria a breve e lungo termine delle sinapsi biologiche.
In pratica, l’opst “ricorda” in modo diverso a seconda della qualità e della sequenza degli stimoli ricevuti.
Grazie a simulazioni approfondite, il team ha dimostrato che queste forme di memoria sono direttamente correlate agli stati elettronici attivati nei radicali organici persistenti presenti nello strato fotoattivo del dispositivo.
Francesca Santoro, del Forschungszentrum Jülich ad Aquisgrana e professoressa alla Rwth, sottolinea: “grazie alla capacità di rispondere a più segnali contemporaneamente, l’opst è in grado di riconoscere e classificare schemi complessi, simulando l’apprendimento parallelo tipico dei dendriti neuronali”.
Verso sistemi neuromorfici fotonici di nuova generazione
Questa ricerca apre la strada a sistemi neuromorfici fotonici in cui la luce diventa il principale veicolo di elaborazione delle informazioni, rendendo i processi più rapidi ed efficienti e integrando più funzioni in un unico dispositivo.
Secondo Stefano Toffanin, ricercatore del Cnr-ismn, “l’intrinseca multifunzionalità dei radicali organici persistenti, che abbiamo recentemente impiegato in dispositivi a emissione di luce ad alta efficienza, potrà contribuire alla realizzazione di display intelligenti”.
In un prossimo futuro, dispositivi come l’opst potrebbero integrare in un solo sistema funzioni di rilevamento, emissione luminosa e apprendimento neuromorfico: un passo decisivo verso un’elettronica ispirata al cervello umano che elabora informazioni utilizzando la luce.
