Des chercheurs hongkongais et américains ont réussi à reproduire avec de l’électronique un processus d’apprentissage associatif - ou apprentissage pavlovien, à l’origine du réflexe du même nom. Publiés dans Nature Communications le 30 avril 2021, leurs travaux ont permis la réalisation d’un circuit apprenant à associer sa réponse à un stimulus mécanique à un stimulus lumineux.
Au centre de leurs recherches, les transistors électrochimiques organiques. Dans ces dispositifs, la tension de grille pilote le courant drain-source en déplaçant des ions d’un électrolyte vers le canal du transistor. Ce déplacement est en principe réversible mais suivant le matériau de la couche active du canal, les ions peuvent y être piégés. La réponse du transistor dépend alors de l’historique des tensions de grilles appliquées. Un effet « mémoire » que les chercheurs ont exploité pour créer un transistor dit non-volatil : le niveau de son courant drain-source de l’état passant augmente de façon non réversible avec le nombre de fois où une tension de grille élevée a été appliquée.
Un conditionnement lié à l’effet mémoire
Deux transistor électrochimiques organiques, l’un classique (volatil), l’autre non-volatil, ont été intégrés à un circuit comprenant un capteur de pression (piézoélectrique) et une photorésistance. En réponse à une pression, ce circuit donne une réponse en courant élevée. En réponse à une illumination, il donne un courant faible.
Le circuit est construit de sorte que l’activation simultanée des deux capteurs crée une tension de grille suffisante pour stimuler l’effet mémoire du transistor non-volatil et donc augmenter peu à peu son niveau de courant. Au bout de cinq répétitions d’illumination et pression, la seule stimulation lumineuse suffit désormais pour produire le niveau de courant initialement produit par l’application d’une pression. Cette association de la lumière avec la pression mime ainsi l’apprentissage associatif effectué par le cerveau.
Les circuits synaptiques, en particulier avec ce type de transistor, fonctionnent à bas voltage et leur mémoire est ajustable en continu. La grande compatibilité de ces transistors avec les environnements biologiques permet d’imaginer une future génération d’appareils électroniques avec des interfaces avec les tissus, voire le cerveau.
