Chips de computadora tipo miel y cerebro

La miel tiene potencial para hacer chips de computadora similares al cerebro

Por Sara Zaske, Noticias y Relaciones con los Medios, Universidad Estatal de Washington

Foto de Mariana Ibáñez en Unsplash

VANCOUVER, Washington. Honey puede ser una solución ideal para desarrollar componentes ecológicos para computadoras neuromórficas diseñadas para imitar neuronas y sinapsis en el cerebro humano.

Aclamados por algunos como el futuro de la informática, los sistemas neuromórficos son más rápidos y consumen menos energía que las computadoras tradicionales. Los ingenieros de la Universidad Estatal de Washington también han demostrado una forma de hacerlos más orgánicos.publicado en revista de físicalos investigadores demostraron que la miel podría usarse para fabricar memristores, componentes similares a transistores que no solo procesan datos sino que también los almacenan en la memoria.

«Este es un dispositivo muy pequeño con una estructura simple, pero su función es muy similar a la de una neurona humana», dijo Feng Zhao, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería e Informática de WSU y autor correspondiente del estudio. «Esto significa que si podemos integrar millones o miles de millones de memristores de miel, pueden crear un sistema neuromórfico que funcione como el cerebro humano».

En el estudio, Zhao y el primer autor Brandon Sueoka, un estudiante graduado en el laboratorio de WSU, fabricaron memoria al procesar miel en una forma sólida y colocarla entre dos electrodos de metal, creando una estructura similar a una sinapsis humana. Luego probaron la capacidad del memristor de miel para simular el funcionamiento sináptico, con altas velocidades de conmutación de 100 nanosegundos y 500 nanosegundos, respectivamente. Los memristores también imitan las funciones sinápticas denominadas plasticidad dependiente del tiempo de pico y plasticidad dependiente de la velocidad de pico, que son responsables del proceso de aprendizaje en el cerebro humano y retienen nueva información en las neuronas.

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Los ingenieros de WSU crearon memristores de miel en una escala diminuta, por lo que tienen el tamaño aproximado de un cabello humano. El equipo de investigación de Zhao planea desarrollarlos hasta la nanoescala, aproximadamente 1/1000 del tamaño de un cabello humano, y agrupar millones o incluso miles de millones para formar un sistema informático neuromórfico completo.

Actualmente, los sistemas informáticos convencionales se basan en la denominada arquitectura de von Neumann. Nombrada en honor a su creador, la arquitectura involucra entrada (generalmente desde un teclado y un mouse) y salida (como un monitor). También tiene una CPU o unidad central de procesamiento y RAM o memoria de almacenamiento. La transferencia de datos a través de todos estos mecanismos, desde la entrada hasta el procesamiento, desde la memoria hasta la salida, requiere mucha energía, al menos en comparación con el cerebro humano, dijo Zhao. Por ejemplo, la supercomputadora Fugaku usa más de 28 megavatios (aproximadamente el equivalente a 28 millones de vatios) para funcionar, mientras que el cerebro usa solo entre 10 y 20 vatios.

El cerebro humano tiene más de 100 mil millones de neuronas, de las cuales hay más de 1.000 billones de sinapsis o conexiones. Cada neurona puede procesar y almacenar datos, lo que hace que el cerebro sea más eficiente que las computadoras tradicionales, y los desarrolladores de sistemas informáticos neuromórficos pretenden imitar esta estructura.

Varias compañías, incluidas Intel e IBM, han lanzado chips neuromórficos con el equivalente a más de 100 millones de «neuronas» por chip, pero eso no se acerca a los números en el cerebro. Muchos desarrolladores siguen utilizando materiales no renovables y tóxicos que actualmente se utilizan en los chips de computadora tradicionales.

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Muchos investigadores, incluido el equipo de Zhao, buscan soluciones biodegradables y renovables para este nuevo y prometedor tipo de computación. Zhao también dirige investigaciones que utilizan proteínas y otros azúcares, como los que se encuentran en las hojas de aloe vera, pero ve un gran potencial en la miel.

«La miel no se echa a perder», dijo. «Tiene una concentración de agua muy baja, por lo que las bacterias no pueden vivir en él. Eso significa que estos chips de computadora serán muy estables y confiables durante un largo período de tiempo».

Los chips Honey Memristor desarrollados por WSU deberían poder soportar los niveles más bajos de calor generados por los sistemas neuromórficos que no se calientan tanto como las computadoras convencionales. Los memristores de miel también reducirán los desechos electrónicos.

«Cuando queremos tratar con dispositivos que usan chips de computadora hechos de miel, podemos disolverlos fácilmente en agua», dijo. «Debido a estas propiedades especiales, la miel es muy útil para crear sistemas neuromórficos regenerativos y biodegradables».

También significa que, al igual que las computadoras tradicionales, los usuarios aún deben evitar derramar café en la computadora, advierte Zhao.

La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.

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