Nanodispositivo con capacidad de aprender, olvidar…

Investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, de la Universidad de Sydney y de la Universidad de California han publicado en la revista Scientific Reports el artículo Emergent dynamics of neuromorphic nanowire networks en el cual presentan un dispositivo experimental basado en una red de flujo continuo con características análogas a ciertos comportamientos del cerebro como aprendizaje, memorización, olvido, vigilia y sueño. La forma en que el dispositivo evoluciona y cambia constantemente imita el cerebro humano, pudiendo generar diferentes tipos de patrones de comportamiento irrepetibles.

Crédito: Marc Roseboro-CNSI/Universidad California

El dispositivo está hecho de una maraña de nanocables de plata con un diámetro promedio de 360 nanómetros. Los nanocables se recubren con un polímero aislante de aproximadamente 1 nanóme- tro de espesor. Su tamaño final es muy pequeño, mide 10 milímetros cuadrados. Los nanocables se autoen- samblan aleatoriamente en una oblea de silicio y forman estructuras altamente interconectadas notablemente similares a las de la neocorteza, la parte del cerebro involucrada en funciones superiores como el lenguaje, la percepción y la cognición. Un rasgo diferencial de la red de nanocables con relación a los circuitos electrónicos convencionales es que los electrones cuando fluyen a través de ellos provocan cambios en su configuración física. En el estudio, la corriente eléctrica  hace que los átomos de plata migren desde el interior del recubrimiento polimérico y formen conexiones donde se superponen dos de ellos. El sistema presenta aproximadamente 10 millones de estas uniones, análogas a las sinapsis donde las células cerebrales se conectan y comunican. Cuando se unen dos electrodos a la malla similar al cerebro para observar cómo funcionaba la red, se observan características no atribuibles a las partes individuales (comportamiento emergente). Esto hace que la red se parezca al cerebro y la distingue de las computadoras convencionales. Luego de fluir  la corriente a través de la red, las conexiones entre nanocables persistieron durante un minuto en algunos casos, algo similar al proceso de aprendizaje y memorización en el cerebro. Otras veces, las conexiones se cierran abruptamente al finalizar la carga, imitando el proceso de olvido. El enfoque es útil para generar nuevos tipos de hardware energéticamente eficientes y capaces de procesar conjuntos de datos complejos desafiando los límites de las computadoras modernas. La actividad caótica límite de la red de nanocables se asemeja no solo a la señalización dentro del cerebro sino también a otros sistemas naturales como los patrones climáticos. La investigación tiene un objetivo más amplio que simplemente reprogramar las computadoras existentes, constituye un sistema para manejar tareas de forma más cercana al modo operativo del cerebro humano.

Información complementaria: Emergent dynamics of neuromorphic nanowire networks