Nanoelectrónica reconfigurable para cerebros artificiales

Cuando el cerebro humano aprende algo nuevo, se adapta. Pero cuando la inteligencia artificial aprende algo nuevo, tiende a olvidar la información que ya aprendió. En el artículo Reconfigurable perovskite nickelate electronics for artificial intelligence, publicado en la revista Science, se muestra una forma en que los nanochips de las computadoras podrían reconfigurarse dinámicamente para recibir nuevos datos, como lo hace el cerebro, de modo de seguir aprendiendo en el tiempo. "Los cerebros de los seres vivos pueden aprender continuamente a lo largo de su vida. Ahora hemos creado una plataforma artificial para que las máquinas aprendan a lo largo de su vida", dice Shriram Ramanathan, profesor de la Escuela de Ingeniería de Materiales de la Universidad de Purdue. A diferencia del cerebro, que forma constantemente nuevas conexiones entre las neuronas para permitir el aprendizaje, los circuitos de un chip de computadora no cambian. Un circuito de una máquina usado durante años no es diferente del circuito original. Este es un problema para hacer algo portátil como vehículos autónomos o robots en el espacio capaces de tomar decisiones por su cuenta en entornos aislados.

Crédito de la foto: Universidad Purdue / Rebecca McElhoe

Si la IA pudiera integrarse directamente en el hardware en lugar de simplemente ejecutarse en el software como se suele hacer, estas máquinas podrían operar de manera más eficiente. Tener toda la funcionalidad central requerida para la computación neuromórfica en un tipo de nanodispositivo podría ofrecer mejoras dramáticas a las arquitecturas informáticas emergentes. Los dispositivos reconfigurables ofrecen la capacidad de programar circuitos electrónicos bajo demanda. Los investigadores de demostraron la creación de neuronas artificiales, sinapsis y condensadores de memoria en perovskita (NdNiO₃), dispositivos que se pueden reconfigurar simplemente para un propósito específico mediante pulsos eléctricos de un solo disparo. El hardware es un pequeño dispositivo rectangular hecho de un material llamado niquelato de perovskita, muy sensible al hidrógeno. La aplicación de pulsos eléctricos a diferentes voltajes permite que el dispositivo mezcle una concentración de iones de hidrógeno en cuestión de nanosegundos creando estados que podrían asignarse a las funciones correspondientes en el cerebro. Cuando el dispositivo tiene más hidrógeno cerca de su centro puede actuar como una neurona, una única célula nerviosa. Con menos hidrógeno en esa ubicación, el dispositivo sirve como sinapsis, una conexión entre neuronas, lo que usa el cerebro para almacenar memoria en los circuitos neuronales complejos. 

Un interesante avance ya que si queremos construir cerebros artificiales debemos tener la capacidad de programar, reprogramar y cambiar el chip continuamente.

Lectura complementaria:

Reconfigurable perovskite nickelate electronics for artificial intelligence.

Un nanomundo alternativo...

La nanotecnología es una ciencia-tecnología considerada actualmente estratégica a nivel de las naciones. Muchas propiedades de los sólidos cambian a medida que sus dimensiones se acercan a la nanoescala (1-100.10^-9 metros). Una partícula de 1×1×1 nanómetros contiene 64 átomos de los cuales solo 8 se ubican en el interior; los 56 átomos restantes están en la superficie. Por lo tanto, las características de las nanopartículas están dominadas por átomos superficiales, lo que permite la creación de nuevas propiedades. Cuando se reduce al tamaño a unos pocos nanómetros, los aislantes pueden convertirse en conductores, los materiales estables pueden volverse combustibles y los materiales relativamente inertes, como el oro, pueden convertirse en catalizadores eficientes y selectivos. También se logran metamateriales con propiedades diametralmente opuestas a las propias de la materia natural.  Tecnología sofisticada y económica a la vez.

2014.Presentando la nanoeconomía

Es la conveniente a la hora de pensar soluciones para las grandes problemáticas actuales vinculadas con las necesidades humanas primarias: salud, energía, alimentos, vivienda,  vestimenta, transporte, comunicación, defensa y cuidado del ambiente. La capacidad de ver y manipular con átomos-moléculas de manera individual se  constituye en la gran revolución científica y tecnológica del siglo XXI. Cada vez disponemos de más nanomateriales, nanoherramientas, nanodispositivos y nanosistemas. Un microcosmos en el cual los nanomateriales, la nanofotónica, la nanoelectrónica, la nanorrobótica, la nanotecnología ambiental y la nanomedicina encuentran, a través de la innovación,  novedosas soluciones a las crecientes problemáticas socioeconómicas del planeta. Tecnología que abre las puertas a una nueva economía, la nanoeconomía, como resultado de las inmensas posibilidades de trasformar la naturaleza para restituir las pautas perdidas y avanzar hacia una vida digna en la tierra. Un nanomundo alternativo, un nanomundo posible.

Lectura complementaria
Nanoeconomía y nanotecnología.

De la pintura anti-grafiti al nanochip neurosináptico.

Asistimos a un crecimiento exponencial de innovaciones en el campo de la nanotecnología, desde las muy simples hasta las altamente complejas. Muchas dan soluciones a las problemática cotidiana, otras construyen el futuro.Terminando el año 2016 resulta adecuado ejemplificar ambos extremos con productos concretos y de utilidad comprobada.  La pintura anti-grafiti es una emulsión acuosa de nanopartículas de sílice. El “efecto loto” logrado consigue que la pintura no penetre en la superficie, pudiéndose eliminarla con poco esfuerzo mediante agua caliente y un cepillo, evitando costosas limpiezas.  La pintura no cambia el color base, impide la absorción de líquidos y pinturas, no deja pegar la goma de mascar, impide la propagación de musgos y líquenes, protege de la radiación UV, no reacciona con el material de la construcción, no contiene solventes orgánicos, resiste bien sustancias alcalinas y ácidas, no tapa los poros de la superficie dejándola respirar y la absorción del agua se reduce 150 veces. Existen varias empresas que la comercializan (Ej.: Suberlev de España) y por su aplicación en superficies porosas, no porosas, exterior, interior, metálicas, plásticas, pintadas y de piedra real o artificial, se constituye en un producto ideal para preservar edificios históricos y obras de arte además de su utilización masiva en zonas en las cuales los grafitis constituyen una forma de plaga.
En el artículo "Neuronas programables" publicado de Biotecnología & Nanotecnología al Instante en el año 2015, hacíamos referencia al nanochip neurosináptico TrueNorth desarrollado en el año 2014 por el grupo IBM Research.  “TrueNorth, consta de 1 millón de neuronas y 256 millones de sinapsis programables a través de 4.096 núcleos neurosinápticos individuales. Construido por el proceso Samsung 28nm (nanómetros) y con la integración de una cifra record de 5400 millones de transistores, constituye un punto de inflexión en la cognotecnología.  El nanochip es increíblemente eficiente, consume sólo 63 miliwatts a carga máxima, lo que equivale a alrededor de 400 mil millones de operaciones sinápticas por segundo por watt, aproximadamente 176.000 veces más eficiente que los utilizados en una CPU moderna para ejecutar la misma carga de trabajo y 769 veces más eficiente que otros enfoques similares. Este nanochip es una versión de segunda generación del prototipo del 2011, sobre la base de un nuevo proceso (Samsung 28nm en vez de IBM de 45nm) y es en varios órdenes de magnitud más complejo, funcional y eficiente. Los 4.096 núcleos neurosinápticos de TrueNorth están dispuestos en una cuadrícula de 64 × 64. Cada núcleo es auto-contenido mediante 256 entradas (axones), 256 salidas (neuronas), un gran banco de SRAM (que almacena los datos para cada neurona) y un router que permite a cualquier neurona transmitir a cualquier axón hasta 255 núcleos de distancia. La información fluye a través de TrueNorth por medio de espigas neuronales, de los axones a las neuronas, modulados por las sinapsis programables entre ellos". La combinación de nanochips neurosinápticos conduce aceleradamente a la construcción de cerebros similares a los humanos equivalentes al nuestro con sus 89.000 millones de neuronas.
Desde la pintura anti-grafiti hasta los nanochips neurosinápticos existen miles de productos nanotecnológicos (y servicios relacionados) tendientes a dar respuestas a necesidades vinculadas con la salud, la energía, los alimentos y el medio ambiente mediante áreas específicas como la nanomedicina, los nanomateriales y la nanoelectrónica, entre otras. Tal vez en el 2017…