Crean microchips que funcionan como neuronas

Ordenadores y seres humanos cada vez más parecidos gracias a la ingeniería neuromórfica.

¿El Santo Grial de la informática? Si bien es cierto que el cerebro humano se emplea a modo comparativo para saber cómo funciona una máquina, lo cierto es que el funcionamiento de los  ordenadores y los cerebros humanos no se parece en nada. Esto podría cambiar gracias la tecnología informática que utiliza la luz para imitar la funcionalidad de la sinapsis de las neuronas, abriendo el camino para el hardware que combina la velocidad de los procesadores modernos con la eficiencia de la capacidad intelectual de un ordenador. ¿Preparado para el cerebro del futuro?

 

Los ordenadores combinan impulsos eléctricos con pequeños interruptores de encendido y apagado para sus funciones; en las neuronas, por su parte, la  química es la que distribuye los impulsos a través de los canales que conocemos como sinapsis (conexiones entre neuronas). La diferencia es considerable en cuanto a la memoria y al consumo de energía, ya que ningún hardware se acerca a la eficiencia y las capacidades de almacenamiento de un cerebro humano.

Ahora, un equipo de investigadores de las Universidades de Oxford, Exeter (Reino Unido) y Münster (Alemania), ha conseguido ir un paso más al crear un circuito integrado fotónico que actúa como una sinapsis.


“El desarrollo de computadoras que funcionen como el cerebro humano ha sido un santo grial de los científicos durante décadas. 
A través de una red de neuronas y sinapsis, el cerebro puede procesar y almacenar enormes cantidades de información simultáneamente, utilizando unas pocas decenas de vatios de potencia. Las computadoras convencionales no pueden acercarse a este tipo de rendimiento”, explica Harish Bhaskaran, coautor del trabajo que publica la revista Science Advances.

En los ordenadores, existen unidades de procesadores que controlan la  lógica y la memoria. En el cerebro humano, no contamos con una CPU ni con un disco duro, se trata de procesos químicos.

Y, dependiendo de factores como la fuerza o la frecuencia de la onda, los aumentos de neurotransmisores pueden continuar el mensaje saltando a otras neuronas, deteniendo o acelerando la señal.

 

Descrito como plasticidad sináptica, los cambios en este punto de control pueden explicar cómo aprendemos y procesamos nueva información, fortaleciendo algunos circuitos mientras permitimos que otros se marchiten.

La llamada ingeniería neuromórfica aspira a replicar esta forma de combinar el procesamiento y la memoria en un sistema, acercando aún más la biología y la inteligencia artificial, esto es, que los microprocesadores puedan ser configurados más como el cerebro humano que como chips informáticos tradicionales.


La clave ha sido construir un procesador que hace lo mismo que las sinapsis. “Dado que las sinapsis superan en número a las neuronas en el cerebro alrededor de 10.000 a 1, 
cualquier cerebro-máquina debe ser capaz de replicar alguna forma de mímica sináptica.Eso es lo que hemos hecho aquí“, comenta Wolfram Pernice, coautor de la investigación.


La sinapsis artificial o emulación sináptica se basa en estructuras hechas de un material de cambio de fase (PCM, Phase change materials), que almacena y libera cantidades significativas de energía a medida que cambia de un estado a otro (sólido↔líquido).

Las ondas de luz se canalizan a través del material, con pulsos ópticos cambiando el PCM de tal manera que imita la plasticidad de una sinapsis. Aunque el concepto no es nuevo, se trata de la primera vez que se consigue llevar a la práctica.

Los procesadores neuromórficos basados en la luz parecen ser la combinación perfecta entre la mente y la máquina. Asistimos al futuro de la inteligencia artificial y la informática.

 

Referencia: On-chip photonic synapse Zengguang Cheng, Carlos Ríos, Wolfram H. P. Pernice, C, David Wright, Harish Bhaskaran. Science Advances 2017 DOI: 10.1126/sciadv.1700160

 

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