Nueva sinapsis artificial basada en las del cerebro humano

La computación digital ha vuelto obsoletas casi todas las formas de computación analógica. Una gran excepción es el cerebro humano, que rivaliza en poder de computación con los dispositivos digitales más avanzados, además de poseer características únicas, como la consciencia que nos convierte en seres en vez de en máquinas biológicas.

El cerebro humano es una densa red de neuronas. Cada una está conectada a decenas de miles de otras neuronas, y todas utilizan las sinapsis para enviar información de modo constante. Con cada intercambio, el cerebro modula estas conexiones para crear vías eficientes en respuesta directa al entorno circundante.

Por su parte, los ordenadores digitales viven en un mundo de unos y ceros. Llevan a cabo tareas de manera secuencial, siguiendo cada paso de sus algoritmos en un orden fijado.

El equipo de Feng Xiong, Mohammad Sharbati, Yanhao Du, Jorge Torres, Nolan Ardolino y Minhee Yun, de la Universidad de Pittsburgh en Estados Unidos, ha desarrollado una “sinapsis artificial” que no procesa información como un ordenador digital sino que más bien imita el modo analógico con que el cerebro humano realiza tareas.

Tal como argumenta Xiong, la naturaleza analógica y la capacidad de procesamiento en paralelo son en parte la razón por la que los humanos podemos superar incluso a los ordenadores más potentes cuando se trata de realizar funciones cognitivas de orden superior, como el reconocimiento de la voz o el de patrones, en grupos de datos complejos y variados.

La “computación neuromórfica” es un campo emergente que se centra en el diseño de hardware computacional inspirado en el cerebro humano. Xiong y sus colaboradores construyeron sinapsis artificiales basadas en grafeno. Este es una capa de carbono con un átomo de espesor. En esta capa, los átomos de carbono están distribuidos formando una retícula hexagonal, que recuerda a la de un panal de abejas.

 

La sinapsis artificial basada en grafeno ha demostrado una eficiencia energética excelente comparable con la de sus homólogas biológicas. (Imagen: Swanson School of Engineering)

Las propiedades conductoras del grafeno permitieron a los científicos ajustar de manera fina su conductancia eléctrica, es decir, la intensidad de la conexión sináptica en este caso. La sinapsis de grafeno demostró una eficiencia energética excelente, justamente como las sinapsis biológicas.

El desarrollo de un cerebro artificial que funcione como el cerebro humano analógico aún requiere de una amplia serie de avances. Los investigadores necesitan las configuraciones adecuadas para optimizar estas nuevas sinapsis artificiales. Tendrán que hacerlas compatibles con otros muchos dispositivos para formar redes neurales, y tendrán que asegurarse de que todas las sinapsis artificiales en una red neural a gran escala funcionen de la misma manera. A pesar de los desafíos, Xiong dice ser optimista sobre la meta a la que intentan llegar él y sus colegas.