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Mémoire à semi-conducteurs dans les circuits neuronaux

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Mémoire à semi-conducteurs dans les circuits neuronaux

Elles sont plusieurs fois plus rapides que la mémoire flash et nécessitent beaucoup moins d’énergie : les cellules mémoire memristives pourraient révolutionner l’efficacité énergétique des ordinateurs neuronaux. Dans ces ordinateurs, calqués sur le fonctionnement du cerveau humain, les cellules memristives agissent comme des synapses artificielles. De nombreux groupes à travers le monde travaillent avec des circuits neuronaux compatibles – mais souvent avec un manque de compréhension de leur fonctionnement et des modèles défectueux. Les chercheurs de Julich ont maintenant résumé les principes physiques et les modèles dans un article de synthèse complet dans la revue Advances in Physics.

Certaines tâches – telles que la reconnaissance de formes et le langage – sont exécutées très efficacement par le cerveau humain, ne nécessitant qu’environ un dix millième de la puissance de ce que l’on appelle « l’ordinateur von Neumann ». L’une des raisons réside dans les différences structurelles : dans l’architecture von Neumann, il existe une séparation claire entre la mémoire et le processeur, ce qui nécessite le transfert constant de grandes quantités de données. C’est une perte de temps et d’énergie – le soi-disant goulot d’étranglement de von Neumann. Dans le cerveau, le processus de calcul se déroule directement dans la mémoire de données et les synapses biologiques effectuent à la fois des tâches de mémoire et de processeur.

À Jülich, les scientifiques ont travaillé pendant plus de 15 ans sur des dispositifs spéciaux de stockage de données et des composants qui pourraient avoir des propriétés similaires aux synapses du cerveau humain. Les dispositifs de mémoire dits memristifs, également connus sous le nom de memristors, sont extrêmement rapides, économes en énergie et peuvent être minimisés jusqu’à l’échelle du nanomètre. L’action des cellules memristives repose sur un effet très particulier : leur résistance électrique n’est pas constante, mais peut être modifiée et réinitialisée par application d’une tension externe, théoriquement en continu. Le changement de résistance est contrôlé par le mouvement des ions oxygène. Si ceux-ci s’éloignent de la couche d’oxyde métallique semi-conducteur, le matériau devient plus conducteur et la résistance électrique diminue. Ce changement de résistance peut être utilisé pour stocker des informations.

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Les processus qui peuvent se produire dans les cellules sont très complexes et varient en fonction du système matériel. Trois chercheurs de l’Institut Jülich Peter Grunberg – le professeur Regina Dittmann, le Dr Stefan Menzel et le professeur Rainer Wasser – ont compilé les résultats de leurs recherches dans un article de synthèse détaillé, « Nanospheres in Metal Oxides : The Mechanism of Valence Change ». Ils expliquent en détail les différents effets physiques et chimiques dans les memristors et mettent en évidence l’influence de ces effets sur les propriétés de commutation et la fiabilité des cellules memristives.

« Si vous regardez les activités de recherche actuelles dans le domaine des circuits neuronaux memristors, elles sont souvent basées sur des approches expérimentales pour améliorer les matériaux », a déclaré Rainer Wasser, directeur de l’Institut Peter Grunberg. « Notre objectif avec notre article de synthèse est de donner aux chercheurs quelque chose avec quoi travailler afin de permettre une amélioration matérielle basée sur la perspicacité. » L’équipe d’auteurs a travaillé sur l’article de près de 200 pages pendant dix ans et il était tout naturel qu’ils continuent à intégrer les progrès des connaissances.

Regina Dittmann de l’Institut Peter Grünberg explique : « Les fonctions similaires des cellules memristives nécessaires pour être utilisées comme synapses artificielles ne sont pas le cas normal. Il y a généralement des sauts soudains de résistance, causés par l’amplification mutuelle du mouvement ionique et de la chaleur Joule. » . « Dans notre article de synthèse, nous fournissons aux chercheurs la compréhension nécessaire de la façon de modifier la dynamique des cellules pour permettre un mode de fonctionnement analogique. »

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« Vous voyez encore et encore que les groupes imitent leurs circuits de memristor avec des modèles qui ne tiennent pas du tout compte de la dynamique élevée des cellules. Ces circuits ne fonctionneront jamais. » Stefan Menzel, qui dirige les activités de modélisation à l’Institut Peter Grunberg et a développé de puissants modèles intégrés qui sont maintenant dans le domaine public, a déclaré. « Dans notre article bilan, nous vous présentons les bases très utiles pour une utilisation correcte de nos modèles compacts. »

Feuille de route de l’informatique neuronale

La feuille de route pour l’informatique et l’ingénierie neurale, publiée en mai 2022, montre comment l’informatique neurale peut aider à réduire la consommation d’énergie massive des technologies de l’information à l’échelle mondiale. Dans ce document, des chercheurs de l’Institut Peter Grünberg (PGI-7), ainsi que des experts de premier plan dans le domaine, ont synthétisé diverses possibilités technologiques, approches informatiques, algorithmes d’apprentissage et domaines d’application.

Selon l’étude, les applications en intelligence artificielle, telles que la reconnaissance de formes ou la reconnaissance de la parole, sont susceptibles de bénéficier de manière particulière de l’utilisation de dispositifs neuronaux. En effet, ils reposent – bien plus que l’informatique numérique traditionnelle – sur la transmission de grandes quantités de données. Les cellules memristives permettent de traiter ces énormes ensembles de données directement en mémoire sans les faire aller et venir entre le processeur et la mémoire. Cela peut réduire l’efficacité énergétique des réseaux de neurones artificiels de plusieurs ordres de grandeur.

Les cellules memristives peuvent également être liées pour former des réseaux à haute densité qui permettent aux réseaux de neurones d’apprendre localement. Ainsi, ce que l’on appelle l’informatique de pointe déplace les calculs du centre de données vers l’usine, la voiture ou le domicile des personnes nécessitant des soins. Ainsi, des opérations de surveillance et de contrôle peuvent être effectuées ou des actions de sauvetage initiées sans envoyer de données via le cloud. « Cela permet d’obtenir deux choses à la fois : économiser de l’énergie, et en même temps, les données personnelles et les données liées à la sécurité restent sur le site », explique le professeur Dittmann, qui a joué un rôle clé dans la création de la feuille de route en tant qu’éditeur.

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La planète Phoenix, semblable à Neptune, déroute les astronomes avec son atmosphère

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La planète Phoenix, semblable à Neptune, déroute les astronomes avec son atmosphère

Cette découverte remet en question les théories traditionnelles sur la façon dont les planètes vieillissent dans des environnements extrêmes et radioactifs.

Les astronomes ont découvert une planète en dehors de notre système solaire qui est si chaude par rapport à son étoile hôte que son atmosphère extrêmement gonflée aurait dû être réduite à une roche nue il y a des milliards d’années. Cependant, l’air épais de la planète a toléré le rayonnement massif de son étoile pendant des milliards d’années, remettant en question les théories traditionnelles sur la façon dont les planètes vieillissent dans des environnements extrêmes et remplis de radiations.

Le « Neptune chaud » récemment découvert fait un peu plus de six fois la taille de la Terre et orbite suffisamment près de son étoile pour qu’une année ne dure qu’environ quatre jours. Les planètes gonflées de la taille de Neptune avec des orbites étroites sont rares à découvrir, car les modèles prédisent que le rayonnement des étoiles prive les planètes de leur atmosphère, exposant souvent des surfaces rocheuses nues. Cependant, la planète vieille de 6 milliards d’années, qui orbite autour de son étoile six fois plus près que Mercure ne tourne autour de notre soleil, possède une atmosphère sensiblement gonflée, riche en hydrogène et en hélium.

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Bien qu’officiellement désigné TIC365102760 b, l’équipe de découverte l’a surnommé le Phénix pour sa persistance à survivre au rayonnement massif de l’étoile.

« Cette planète n’évolue pas comme nous le pensions », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Samuel Grunblatt, de l’Université Johns Hopkins, dans un article. déclaration. « Nous ne savons pas pourquoi il a encore une atmosphère alors que d’autres Neptunes chauds, plus petits et plus denses, semblent perdre leur atmosphère dans des environnements beaucoup moins extrêmes. »

Phoenix a été repéré par TESS

Phoenix a été découvert par la NASA Transit du satellite d’étude des exoplanètes (TESS) lorsque le télescope enregistrait des creux visibles dans la lumière des étoiles chaque fois que Phoenix traversait la face de son étoile. Les opérations de suivi avec l’observatoire Keck sur le volcan Mauna Kea à Hawaï ont permis de confirmer cette découverte.

L’étoile hôte sera probablement beaucoup moins active que ne le prédisent les modèles, ce qui pourrait retarder la vitesse à laquelle l’atmosphère de Phoenix s’échappe dans l’espace, selon un article publié la semaine dernière dans la revue Phoenix. Revue astronomique Signalez la découverte.

Au lieu de cela, les chercheurs suggèrent que Phoenix aurait pu se trouver sur une orbite plus grande et plus éloignée de l’étoile il y a quelques milliards d’années, lorsque l’étoile brillait plus fréquemment qu’aujourd’hui. La planète aurait pu conserver son atmosphère en évitant la phase la plus active de l’étoile et en migrant vers son orbite actuelle de quatre jours. Cependant, on ne sait pas ce qui aurait poussé Phoenix à avoir ce motif ; Les chercheurs affirment qu’il n’y a aucune autre planète connue dans le système et que l’orbite de Phoenix n’est pas très elliptique, comme on pourrait s’y attendre d’une planète en migration.

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Observations d’autres planètes renflées de la taille de Neptune Suggérer Les étoiles en rotation lente ne parviennent pas à évaporer l’atmosphère de leurs planètes. Par exemple, à la fin de l’année dernière, une autre équipe d’astronomes étudiant LTT 9779 b, une planète renflée similaire qui orbite autour de son étoile hôte pendant moins d’une journée, a découvert que l’étoile tournait à une vitesse d’un kilomètre par seconde – la vitesse d’un escargot. par rapport à 100 kilomètres par seconde. -seconde rotation (ou environ 62 miles par seconde) pour la plupart des étoiles chaudes. On sait que les étoiles à rotation rapide s’enflamment plus souvent, entraînant une perte rapide d’atmosphère au profit des planètes proches.

Dans 100 millions d’années, Phénix se rapprochera progressivement de son étoile avant d’être finalement englouti par celle-ci – un destin qui attend de nombreux mondes, dont la Terre. Il reste environ 4,5 milliards d’années à notre planète avant que notre Soleil ne manque d’hydrogène et ne se dirige vers une géante rouge, engloutissant toutes les planètes jusqu’à Mars (qui restera probablement attachée au Soleil après sa mort).

La nouvelle étude révèle qu’il n’y a aucun signe que Phoenix ait déjà commencé à glisser vers son étoile. Seules deux autres planètes ont été découvertes sur le chemin de l’anéantissement, dont un monde appelé Kepler-1658b, sur lequel les astronomes orbitent. appréciation Il se contracte à un rythme minime de 131 millisecondes par an.

« Nous ne comprenons pas très bien le stade avancé de l’évolution des systèmes planétaires », a déclaré Gronblatt. « Cela nous indique que l’atmosphère terrestre ne se développera probablement pas exactement comme nous le pensions. »

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Les tubes de lave et le gel d’eau découverts sur Mars offrent une double opportunité de rechercher la vie

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Les tubes de lave et le gel d’eau découverts sur Mars offrent une double opportunité de rechercher la vie
Olympus Mons est vu ici sur une image du vaisseau spatial Trace Gas Orbiter avec du givre sur son sommet. PC ESA DLR FU Université de Berlin, Berlin.

Reproduit avec la permission de Le monde en généralun site d’actualités sur la nature, la politique, la science, la santé et les voyages.

Cependant, d’autres preuves de la présence d’eau liquide sur Mars ont été découvertes par une sonde spatiale européenne sous la forme de milliers de gallons de givre à l’intérieur des caldeiras des volcans martiens.

L’équipe internationale d’astronomie a qualifié pour la première fois ces taches de gel d’eau de « grandes » après les avoir identifiées sur les volcans de la région de Tharsis.

Ils disent que leur découverte décrite dans revue Sciences naturelles de la terreIl remet en question les hypothèses antérieures sur le climat de Mars et constitue une avancée majeure dans la recherche de formes de vie sur d’autres planètes.

Dans une découverte distincte réalisée par une autre sonde, une autre caractéristique volcanique de Mars a été révélée comme une mine d’or potentielle de connaissances sur la planète. Une série de trous mystérieux d’environ 10 pieds de large qui ont été récemment réexaminés seraient des lucarnes où des débris martiens se sont effondrés dans un tube de lave.

Les photos ont été prises par l’université. Issue de l’expérience scientifique d’imagerie haute résolution de l’Arizona, ou caméra HiRISE, en 2022, mais lorsqu’elle est apparue sur Today’s Image, elle a relancé les spéculations sur l’origine des mystérieux cratères découverts sur le volcan Arsia Mons – également dans la région de Tharsis.

Du gel au gel

150 000 tonnes d’eau sont échangées chaque jour pendant les saisons froides entre la surface d’Olympus Mons et l’atmosphère, soit l’équivalent d’une soixantaine de piscines olympiques.

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Cela est possible car l’Olympus Mons est le plus grand volcan du système solaire, fait 3 fois la hauteur du mont Everest et, de vent en vent, est aussi large que la France.

Détectée par le système d’imagerie couleur et stéréo de surface (CaSSIS) à bord du vaisseau spatial de suivi des gaz de l’ESA, l’étude suggère que le givre n’est présent que quelques heures après le lever du soleil avant de s’évaporer au soleil.

« Nous pensions qu’il était peu probable que du givre se forme autour de l’équateur martien, car la combinaison de la lumière du soleil et d’une atmosphère ténue maintient des températures relativement élevées pendant la journée à la surface et au sommet des montagnes – contrairement à ce que nous voyons sur Terre, où l’on pourrait s’attendre à ce que pour le voir », a déclaré le responsable de l’étude, le Dr Adomas Valantinas de l’Université Brown de Rhode Island : « Des pics givrés ».

« Ce que nous voyons pourrait être les vestiges d’un ancien cycle climatique sur la planète Mars moderne, où il y avait de la pluie et peut-être même des chutes de neige sur ces volcans dans le passé. »

L’équipe de recherche suggère que la façon dont l’air circule au-dessus de ces montagnes crée un microclimat « unique » qui permet à de fines plaques de givre de se former en couches très fines, à peu près de la largeur d’un cheveu humain.

Ils pensent que la modélisation de la formation du gel pourrait permettre aux scientifiques de découvrir davantage de mystères restants de Mars, notamment en comprenant où se trouve l’eau et comment elle se déplace, ainsi qu’en comprenant la dynamique atmosphérique complexe de la planète, ce qui est essentiel pour l’exploration et la prospection futures. Les signes de vie.

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À cette fin, le Dr Valentinas envisage désormais d’examiner d’anciens environnements hydrothermaux qui auraient pu abriter la vie microbienne sur Mars.

Ces cratères sur Mars peuvent mesurer environ 10 pieds de diamètre, selon Space.com, mais personne ne peut deviner leur profondeur ni où ils mènent. NASA, Jet Propulsion Laboratory, Arizona.

Taupe de Mars

On pense que ces trous détectés par la caméra HiRISE sont le résultat de l’effondrement du sol dans le tube de lave situé en dessous.

Les tubes de lave souterrains sont des endroits exotiques sur Terre, mais sur Mars, on pense qu’ils pourraient fournir un abri anti-radiation prêt à l’emploi dont les astronautes pourraient profiter lors de futures missions lors de tempêtes solaires.

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« Il y en a plus d’un [pits] « Nous avons vu Mars sur Mars », a déclaré Brandon Johnson, géophysicien à l’Université Purdue. Intéressé par le commerce. « Mais ils sont vraiment intéressants car ce sont des endroits où les astronautes pourraient se rendre et être à l’abri des radiations. »

Grâce à ce refuge, cela pourrait aussi être un endroit prometteur pour rechercher des signes de vie microbienne. Sans magnétosphère significative ou totale, barrière qui protège la vie sur Terre du rayonnement solaire, l’étreinte intérieure de Mars serait la seule source de protection naturelle disponible.

De plus, même si la surface de Mars peut descendre à des températures allant de -80 à -160 degrés Fahrenheit, vivre sous terre peut éviter que des formes de vie ne meurent de froid. Sur Terre, la température de l’environnement souterrain est toujours de 63 degrés Fahrenheit, peu importe où vous allez dans le monde.

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Sur Mars, explique Johnson, on ne sait pas quelle est la température souterraine, mais il n’est pas exagéré d’imaginer quelque chose de similaire.

Des propositions sont formulées pour envoyer un véhicule spécialisé sur Mars pour descendre dans ces lucarnes dans le but d’y étudier l’environnement. Alors que jusqu’à présent, les rovers se limitaient aux véhicules à roues, des tests sont en cours pour des rovers serpentins qui « spirent » à travers la Terre plutôt que de rouler. Leur permettant de monter et descendre les murs, sur des terrains plus accidentés et même sur la glace. Elles ont été conçues principalement pour une expédition hypothétique sur la lune glacée de Saturne, Encelade, mais il n’y a aucune raison pour que les sondes serpent ne puissent pas être utilisées pour explorer les tubes de lave sur Mars – ce serait probablement un point de départ plus simple de toute façon. Et

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Une vidéo captivante montre de mystérieux calmars des grands fonds serrant des œufs : ScienceAlert

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Une vidéo captivante montre de mystérieux calmars des grands fonds serrant des œufs : ScienceAlert

Dans les eaux froides et sombres du golfe de Californie, un étrange calmar a été découvert en train d’observer ses petits.

Dans des profondeurs hors de portée du soleil, un véhicule télécommandé a repéré une espèce de céphalopode que peu d’humains, voire aucun, auraient jamais vu. Elle tenait fermement une grappe d’œufs dans ses bras.

Ce serait déjà assez inhabituel en soi ; Peu de calmars couvent leurs œufs de cette manière. Mais ces œufs étaient également inhabituellement gros, étant deux fois plus gros que les autres œufs de calmar en incubation.

« Les fonds marins constituent le plus grand espace habitable sur Terre et il y a beaucoup à découvrir. » déclare le scientifique marin Stephen Haddock Institut de recherche sur l’aquarium de la baie de Monterey (MBARI).

« Notre rencontre inattendue avec des œufs de calmar géant a attiré l’attention de tout le monde dans la salle de contrôle du navire. Cette observation remarquable souligne la diversité des façons dont les animaux s’adaptent aux défis uniques de la vie dans les profondeurs. »

La lumière du soleil ne peut pas pénétrer dans les profondeurs où se trouve ce calmar. En conséquence, il fait toujours très froid et sombre. (Mbaré/YouTube)

Bien que les stratégies de reproduction d’un certain nombre d’espèces de calmars restent un mystère, celles dont nous connaissons généralement quelque chose. Ils ont une approche parentale « shot and run », où les œufs sont laissés dans des boules de mucus gélatineuses géantes et bizarres, ou sont déposés directement sur le fond marin.

Mais nous en savons encore moins sur les calmars qui se reproduisent dans les profondeurs de l’océan, où nos explorations ont à peine pénétré.

Avec les véhicules télécommandés, on commence à en apprendre davantage. Les chercheurs contrôlant ces navires scientifiques depuis un navire à la surface ont vu un certain nombre de calmars des grands fonds transportant des centaines d’œufs, liés ensemble dans une feuille qui permet à la mère de regarder les précieux bébés grandir et éclore en larves qui peuvent nager librement et se débrouiller seuls.

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Ce calamar et ses petits, récemment annoncés, ont été repérés lors d’une expédition dans le golfe de Californie en 2015. Lors d’une des plongées, le ROV Dr Ricketts J’ai rencontré le monstre qui se cache à une profondeur de 2 566 mètres (8 419 pieds), en plein milieu de la mer. Zone de profondeur.

Bien que les ROV MBARI aient observé jusqu’à présent un total de 17 calmars couveurs, la plupart ont des plaques d’œufs plus petites, transportant jusqu’à 3 000 œufs à la fois. Les chercheurs ont estimé que cette mère calmar ne portait que quelques œufs, peut-être 30 ou 40. Chaque œuf était gros, jusqu’à 11,7 mm (0,46 po) de diamètre.

Peut-être que tu appartiens à Gonatidés, ou calmar brassard, famille. Bien qu’il s’agisse des premiers calmars reproducteurs connus avec des œufs aussi gros, d’autres espèces de calmars qui pondent de gros œufs nous donnent une idée des avantages d’une plus grande taille par rapport à un plus grand nombre.

Naturellement, avoir un plus grand nombre de descendants augmente les chances que certains survivent jusqu’à l’âge adulte et donnent naissance à leurs propres bébés calamars. Mais les conditions dans les profondeurs marines sont plus stables et prévisibles que dans les eaux situées au-dessus, où la disponibilité de nourriture ou de prédateurs peut être plus préoccupante.

Cela signifie que des œufs plus gros qui éclosent avec des larves plus grosses et plus robustes pourraient constituer une meilleure stratégie de reproduction. C’est ce que les scientifiques ont observé chez quelques autres espèces (non couveuses) qui vivent dans les profondeurs marines.

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Porter des œufs est probablement une excellente stratégie pour assurer leur sécurité à mesure que les bébés grandissent. Les chercheurs estiment qu’il faut entre un et quatre ans pour que les embryons se développent pleinement, ce qui est long pour être vulnérables. Ce calmar nouvellement découvert prend la survie de sa progéniture si au sérieux qu’elle se sacrifiera pour cela.

« L’incubation est très épuisante pour la mère du calmar. Elle ne mange pas pendant qu’elle porte ses œufs et finit par mourir après l’éclosion de ses œufs. Mais ses sacrifices améliorent les chances de survie de sa progéniture. Ce n’est qu’une des nombreuses adaptations remarquables qui peuvent aider les céphalopodes à survivre. dans les profondeurs de la mer. » Le biologiste marin Henk Jan Hoving expliqueanciennement chez MBARI, travaille désormais au Centre GEOMAR-Helmholtz pour la recherche océanique à Kiel, en Allemagne.

« Les calmars jouent un rôle important dans l’océan – ce sont de féroces prédateurs et une source de nourriture vitale pour de nombreux animaux, même les humains – mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur les calmars des grands fonds. »

Cette découverte a été documentée dans la revue écologie.

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