El Cerebro Del Gato Inspira A Las Computadoras Del Futuro

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Los dispositivos electrónicos que imitan el funcionamiento de las células cerebrales en un gato podrían permitir que las computadoras algún día aprendan y reconozcan información más como lo hacen los humanos.

Los dispositivos electrónicos que imitan el funcionamiento de las células cerebrales en un gato podrían permitir que las computadoras algún día aprendan y reconozcan información más como lo hacen los humanos.

Los investigadores agregaron que estos dispositivos con forma de cerebro podrían tomar decisiones más complejas y realizar más tareas simultáneamente de las que son capaces las computadoras convencionales.

"Estamos construyendo una computadora de la misma manera que la naturaleza construye un cerebro", dijo el investigador Wei Lu, un ingeniero informático de la Universidad de Michigan.

Los microchips normalmente se basan en transistores, que son esencialmente interruptores que pueden activarse o desactivarse para representar datos como dígitos binarios o bits 0 y 1.

Los dispositivos que los investigadores de la Universidad de Michigan están desarrollando emplean "memristores". Estos elementos del circuito, a diferencia de otros, llevan recuerdos de su pasado: cuando apaga el voltaje del dispositivo, los memristors recuerdan cuánto se aplicó de antemano y durante cuánto tiempo.

La naturaleza misma de los memristores hace que actúen de manera muy parecida a las sinapsis, que conectan las células del cerebro o las neuronas. Las sinapsis sirven como interruptores reconfigurables que pueden formar rutas que conectan miles de neuronas y, como los memristores, recuerdan estas rutas según la fuerza y ​​el tiempo de las señales eléctricas que reciben de las neuronas.

Una de las supercomputadoras más sofisticadas del mundo, Dawn, en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, puede simular mil millones de neuronas y 10 billones de sinapsis, superando la escala del cerebro de un gato. Aún así, es una máquina masiva con más de 140,000 unidades centrales de procesamiento que necesita un millón de vatios de electricidad y aún funciona de 100 a 1,000 veces más lento que el cerebro de un gato.

En una computadora convencional, los elementos para la lógica y la memoria están ubicados en diferentes partes del circuito y cada elemento solo está conectado a un puñado de vecinos en el circuito. Como resultado, las computadoras convencionales funcionan de forma lineal, línea por línea, lo que las hace excelentes para realizar tareas relativamente simples con variables limitadas.

Multitarea

Un cerebro, por otro lado, puede realizar muchas operaciones simultáneamente o en paralelo. Esto nos permite reconocer una cara en un instante, pero incluso una supercomputadora tomaría mucho más tiempo y consumiría mucha más energía al intentarlo.

Ahora Lu ha usado memristores para vincular circuitos convencionales entre sí para imitar el cerebro.

"La idea es usar un paradigma completamente diferente en comparación con las computadoras convencionales", explicó.

El sistema que Lu y sus colegas diseñaron, que conecta dos circuitos electrónicos con un memristor, que simula dos neuronas y una sinapsis, es capaz de un proceso de aprendizaje y memoria con el nombre esotérico de "plasticidad dependiente de la sincronización de picos". Esto se refiere a la capacidad de las conexiones entre las neuronas para fortalecerse cuando se estimulan entre sí, y se cree que es la base para la memoria y el aprendizaje en el cerebro de los mamíferos.

Específicamente, los investigadores demostraron que podían variar la duración y la secuencia de voltaje que aplicaban a su sistema para aumentar o disminuir gradualmente el nivel de su conductividad eléctrica.

"En nuestros cerebros, cambios similares en la conductancia de la sinapsis esencialmente dan lugar a una memoria a largo plazo", dijo Lu.

Los científicos apuntan hacia un cerebro eléctrico tan inteligente como un gato, por ejemplo, uno que puede descubrir la ruta más corta desde la puerta principal hasta el sofá en una casa llena de muebles una y otra vez, incluso si uno mueve el sofá cada vez..

"Me imagino que el Departamento de Defensa podría estar interesado en poner esas computadoras inteligentes en armas o vehículos no tripulados, como drones, para que puedan tomar decisiones directamente sin tener que transmitir imágenes a los controladores y esperar órdenes", dijo Lu.

El siguiente paso es construir un sistema más grande con cientos de neuronas artificiales y sinapsis de memristores, dijo Lu. El objetivo final sería lograr la sofisticación de una supercomputadora en una máquina del tamaño de una botella de refresco de dos litros.

"Ahora es posible construir una computadora similar a un cerebro con componentes electrónicos, es decir, transistores y memristores", dijo Lu a TechNewsDaily.

No solo los supercomputadores se beneficiarán

Además de desarrollar computadoras que se comportan más como cerebros, los memristores también podrían ayudar a las computadoras convencionales a seguir el ritmo de la Ley de Moore, que establece que la potencia de cálculo debería duplicarse cada dos años en promedio.

En una investigación que apareció en la edición del 8 de abril de la revista Nature, los investigadores de los Laboratorios Hewlett-Packard demostraron que los memristores podrían realizar cálculos, lo que significa que las funciones lógicas podrían tener lugar en chips donde se almacenan los datos, en lugar de separarse en una unidad central especializada., como es la práctica actual.

En otras palabras, los aumentos futuros en la potencia de cómputo podrían no provenir de un aumento en la velocidad del procesador sin formato, sino "en cambio del aumento de la eficiencia de cómputo", dijo Lu.

Lu y sus colegas detallarán sus hallazgos en la edición de abril de la revista. Nano Letras.

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