La puce neuromorphique d’Intel est au centre d’un nez électronique capable de distinguer 10 produits chimiques grâce à 72 capteurs. © GiroScience, Fotolia

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Un nez électronique qui détecte les produits chimiques dangereux

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Intel s'est associé avec l'université Cornell afin de créer un nez électronique capable de distinguer 10 produits chimiques grâce à leur odeur. Le système est basé sur son processeur neuromorphique Loihi.

Le processeur neuromorphique Loihi d'Intel pourrait bientôt être intégré au cœur de systèmes détectant les produits chimiques à l'odeur. Dans un article publié dans Nature Machine Intelligence, la firme s'est associée à l'université Cornell aux États-Unis pour créer un nez électronique basé sur l’intelligence artificielle.

« Nous développons des algorithmes neuronaux sur Loihi qui imitent ce qu'il se passe dans le cerveau quand on sent quelque chose » a déclaré Nabil Imam, chercheur scientifique principal à Intel Labs. Pour entraîner leur système, les chercheurs ont transmis à la puce Loihi les réponses de 72 capteurs chimiques face à 10 substances, dont l'acétone, l'ammoniac et le méthane.

Un nez électronique pour détecter les matériaux dangereux

Le système est parvenu à apprendre chaque odeur à partir d'un seul échantillon en imitant le fonctionnement du cerveau, sans altérer sa mémoire des odeurs précédentes. Il s'est avéré beaucoup plus efficace que les méthodes classiques. Un système similaire basé sur l’apprentissage profond (deep learning) a nécessité 3.000 fois plus d'échantillons pour parvenir au même niveau de précision. Les résultats permettraient la création de nez électroniques, qui pourraient être utilisés pour diagnostiquer certaines maladies, détecter des produits dangereux dans l'environnement, ou encore des armes ou explosifs dans les aéroports.

La détection d'odeurs n'est que le début des possibilités du processeur Loihi. « Ma prochaine étape, a indiqué Nabil Imam, est de généraliser cette approche à une gamme plus large de problèmes - de l'analyse sensorielle de scènes (comprendre la relation entre les objets observés) à des problèmes abstraits comme la planification et la prise de décisions»

Pour en savoir plus

Intel dévoile Loihi, son processeur neuromorphique

Article de Marc Zaffagni, publié le 28/09/2017

Intel vient de dévoiler un prototype de processeur neuromorphique dont le fonctionnement s'inspire de celui du cerveau humain pour apprendre à partir de données acquises en temps réel plutôt que de s'appuyer sur une connexion à des serveurs en ligne. Cette puce « apprenante » sera dédiée à des travaux de recherche en intelligence artificielle.

Ces dernières années, l'intelligence artificielle (IA) a beaucoup progressé grâce à l'apprentissage automatique (machine learning) et ses différentes méthodes, en particulier l'apprentissage profond (deep learning). Mais il s'agit de systèmes spécialisés, entraînés avec un certain type de données qui, par définition, n'ont pas la capacité de produire un « raisonnement » généraliste à même de s'adapter à des conditions variables. Or, les immenses attentes que l'on place actuellement dans l'IA reposent justement sur des systèmes capables d'autonomie et d'un apprentissage à la volée à partir des données collectées en temps réel dans leur environnement.

Alors, comment parvenir à un tel résultat, avec des IA capables de s'auto-organiser et de prendre des décisions en élaborant des modèles et des associations ? La réponse pourrait venir des processeurs neuromorphiques, comme celui développé par Intel. Le fondeur vient en effet de dévoiler une puce baptisée Loihi (du nom d'un volcan sous-marin actif au large d'Hawaï) dont l'architecture s'inspire du fonctionnement du cerveau humain, avec des interactions entre des milliers de neurones.

« À mesure que les tâches des IA deviennent plus diverses et complexes, elles éprouveront les limites des architectures de calcul dominantes actuelles et entraîneront de nouvelles approches innovantes », estime Intel. Ces dernières années, le recours aux processeurs graphiques (GPU) a fait accomplir un pas de géant à l'IA, de même que le cloud computing avec des batteries de serveurs capables de traiter les grands volumes de données nécessaires au machine learning. La tendance actuelle est aux processeurs spécialisés pour l'intelligence artificielle, comme en développent Nvidia, Google (Tensor Processing Unit), AMD, ARM, Samsung ou encore Qualcomm.

Le processeur neuromorphique Loihi d’Intel © Intel

Le processeur Loihi comprend 130.000 neurones

Peu d'acteurs parient pour le moment sur les processeurs neuromorphiques, qui n'ont pas encore fait la preuve de leur supériorité face aux solutions actuelles. IBM a franchi le pas. Ce type de puce représente tout de même une piste prometteuse alors que l'on nous annonce la fin de la loi de Moore pour 2030 (voir le livre blanc de l’IEEE). Le fait qu'Intel, par ailleurs grand évangéliste de la loi de Moore, explore cette voie n'est évidemment pas anodin.

Les 130.000 neurones et les 130 millions de synapses en silicium du processeur Loihi forment un réseau de cœurs neuromorphiques asynchrones qui savent moduler leurs interconnexions pour s'adapter à de nouvelles tâches. À l'instar de notre cerveau, chaque neurone est capable de communiquer avec des milliers d'autres. Et chaque cœur neuromorphique comprend un moteur d'apprentissage qui peut être programmé à la volée pour adapter le réseau neuronal en fonction des besoins. En résumé, une IA propulsée par un processeur Loihi peut apprendre à développer une forme d'expérience qui l'aide à résoudre des problèmes.

Alors qu'un processeur classique partage le traitement des données entre son cœur de calcul et une mémoire séparée, les neurones adaptatifs de Loihi fusionnent le calcul et la mémoire, ce qui rend les opérations plus rapides et moins énergivores. Intel affirme que son processeur peut interpréter des vidéos en utilisant moins d'un millième de l'énergie d'une puce classique.

Loihi est gravé en 14 nanomètres

Les premiers essais réalisés avec Loihi sont encore assez limités. La puce a été testée en lui montrant des vidéos de personnes accomplissant des mouvements avec leurs biceps. Elle devait ensuite retrouver les mêmes mouvements dans des vidéos inédites. Selon Intel, les capacités de Loihi, gravé en 14 nanomètres, démontrent un potentiel énorme pour améliorer des applications dans les domaines des transports, de la robotique et des industries, où l'exploitation en temps réel et autonome de données non structurées est primordiale.

Mais on en est tout de même encore très loin. Pour progresser plus rapidement, Intel a prévu de fournir des processeurs Loihi à certaines universités et centres de recherche à partir de l'année prochaine, pour qu'ils puissent travailler sur des projets d'intelligence artificielle.

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