Hacia una nueva generación de ordenadores basados en la arquitectura del cerebro humano

El cerebro humano encierra el secreto de la personalidad única de cada ser humano. Pero también puede constituir la base de una forma de computación muchísimo más eficiente que la convencional.

El equipo de Kenji Ueda, de la Universidad de Nagoya en Japón, ha demostrado recientemente cómo hacerlo, mediante uniones de grafeno y diamante que imitan algunas de las funciones del cerebro humano.

En comparación con las arquitecturas tradicionales de los ordenadores, la del cerebro humano puede procesar con una eficacia muy superior algunas clases de datos de alta complejidad, como por ejemplo las imágenes. Por ello, existe un gran interés en construir arquitecturas "neuromórficas" que imiten la red neuronal del cerebro.

Un fenómeno esencial para la memoria y el aprendizaje es la "plasticidad sináptica", la capacidad de las sinapsis (enlaces neuronales) para adaptarse en respuesta a un aumento o disminución de la actividad. Se ha intentado recrear un efecto similar utilizando transistores y memorresistores. Estos últimos son resistencias que en vez de poseer un valor de resistencia eléctrica fijo, cuentan con una capacidad de transportar la corriente que cambia según el voltaje aplicado previamente. En otras palabras, son capaces de "recordar" la corriente anterior.

Los memorresistores controlados por la luz, o "fotomemorresistores", desarrollados recientemente, pueden detectar la luz y proporcionar una memoria no volátil, similar a la percepción visual y la memoria humanas. Estas excelentes propiedades han abierto la puerta a un nuevo tipo de materiales que pueden actuar como sinapsis optoelectrónicas artificiales.

Esto motivó al equipo de investigación de la Universidad de Nagoya a diseñar uniones de grafeno y diamante que pueden imitar las características de las sinapsis biológicas y las funciones clave de la memoria biológica, abriendo las puertas a dispositivos de memoria de detección de imágenes de nueva generación.

La nueva arquitectura para ordenadores se inspira en la del cerebro humano, caracterizada por sofisticadas redes de células nerviosas, como esta neurona recreada artísticamente encima del tipo de codificación (binaria) que tradicionalmente la computación ha venido usando. (Ilustración: Amazings / NCYT)

En su reciente investigación, Ueda y sus colegas demostraron funciones sinápticas controladas optoelectrónicamente utilizando uniones entre grafeno alineado verticalmente y diamante. Las uniones fabricadas imitan las funciones sinápticas biológicas, como la producción de la corriente postsináptica excitatoria (la carga inducida por los neurotransmisores en la membrana sináptica) al recibir una estimulación con pulsos ópticos y muestran otras funciones cerebrales básicas como la transición de la memoria a corto plazo a la memoria a largo plazo.

El equipo de Ueda detalla su innovación técnica en la revista académica Carbon, bajo el título “Optoelectronic synapses using vertically aligned graphene / diamond heterojunction”. (Fuente: NCYT de Amazings)