Hacia ordenadores cerebrales energéticamente eficientes
Los investigadores identifican mecanismos clave y materiales novedosos para el procesamiento de información de inspiración biológica
Cada consulta en un motor de búsqueda, cada texto generado por IA y avances como la conducción autónoma: En la era de la inteligencia artificial (IA) y los macrodatos, los ordenadores y los centros de datos consumen mucha energía. En cambio, el cerebro humano es mucho más eficiente desde el punto de vista energético. Con el fin de desarrollar ordenadores más potentes y que ahorren energía inspirados en el cerebro, un equipo de investigación de Ciencia de Materiales e Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Kiel (CAU) ha identificado ahora los requisitos fundamentales para un hardware adecuado. Los científicos han desarrollado materiales que se comportan dinámicamente de forma similar a los sistemas nerviosos biológicos. Sus resultados se han publicado en la revista Materials Today y podrían conducir a un nuevo tipo de procesamiento de la información en sistemas electrónicos.
Procesar la información de forma dinámica en lugar de en serie
"Los ordenadores procesan la información en serie, mientras que nuestro cerebro lo hace en paralelo y de forma dinámica. Esto es mucho más rápido y consume menos energía, por ejemplo en el reconocimiento de patrones", explica el profesor Hermann Kohlstedt, catedrático de Nanoelectrónica y portavoz del Centro de Investigación Colaborativa 1461 "Neurotrónica" de la Universidad de Kiel. Los investigadores quieren utilizar la naturaleza como fuente de inspiración para nuevos componentes electrónicos y arquitecturas informáticas. A diferencia de los chips, transistores y procesadores de ordenador convencionales, están diseñados para procesar señales de forma similar a la red de neuronas y sinapsis de nuestro cerebro, en constante cambio.
"Pero los ordenadores siguen basándose en la tecnología del silicio. Aunque se han producido avances impresionantes en el hardware en términos de xy, las redes de neuronas y sinapsis siguen sin tener rival en cuanto a conectividad y robustez", afirma el Dr. Alexander Vahl, científico de materiales. Es necesario investigar nuevos materiales y procesos para poder cartografiar la dinámica del procesamiento biológico de la información".
Por ello, el equipo de investigación se centró en desarrollar materiales que se comporten dinámicamente de forma similar a los sistemas nerviosos biológicos tridimensionales. "Dinámico" significa aquí que la disposición de los átomos y partículas en los materiales puede cambiar. Para ello, los investigadores han identificado siete principios básicos que debe cumplir el hardware informático para funcionar de forma similar al cerebro. Entre ellos figura, por ejemplo, un cierto grado de modificabilidad: La llamada plasticidad del cerebro es un requisito para los procesos de aprendizaje o memoria. Los materiales desarrollados por los investigadores cumplen varios de estos principios básicos. Sin embargo, aún no existe el material "definitivo" que lo cumpla todo.
Más allá de la tecnología clásica del silicio
"Cuando combinamos estos materiales entre sí o con otros, abrimos posibilidades para los ordenadores que van más allá de la tecnología tradicional del silicio", afirma el Prof. Dr. Rainer Adelung, Catedrático de Nanomateriales Funcionales. "La industria y la sociedad necesitan cada vez más potencia de cálculo, pero estrategias como la miniaturización de la electrónica están alcanzando sus límites técnicos en los ordenadores estándar. Con nuestro estudio queremos abrir nuevos horizontes".
Como ejemplo, Maik-Ivo Terasa, investigador doctoral en ciencia de materiales y uno de los primeros autores del estudio, describe el inusual comportamiento de las redes granulares especiales desarrolladas por el equipo de investigación: "Si producimos nanopartículas de plata-oro de una determinada manera y les aplicamos una señal eléctrica, muestran propiedades especiales. Se caracterizan por un equilibrio entre estabilidad y cambio rápido de su conductividad". De forma similar, el cerebro funciona mejor cuando existe un equilibrio entre plasticidad y estabilidad, lo que se conoce como criticidad.
En otros tres experimentos, los investigadores demostraron que tanto las nanopartículas de óxido de zinc como los filamentos metálicos formados electroquímicamente pueden utilizarse para cambiar las rutas de la red mediante la entrada eléctrica de osciladores. Cuando el equipo de investigadores acopló estos circuitos, las desviaciones de sus señales eléctricas se sincronizaron en el tiempo. Algo parecido ocurre durante la percepción sensorial consciente con los impulsos eléctricos que intercambian información entre neuronas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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