Sinapsis de grafeno para ordenadores diseñados como un cerebro humano

Aunque los ordenadores clásicos superan claramente al ser humano en habilidades como el cálculo matemático o la memorización de enormes cantidades de datos, la mente humana supera a cualquier ordenador por poseer consciencia, imaginación, capacidad de adaptarse rápidamente a situaciones nuevas, y otras habilidades. Por eso, existe un gran interés en copiar la arquitectura básica del cerebro humano a fin de reproducirla en un ordenador.

Para construir ordenadores que se comporten de un modo lo más parecido posible al cerebro humano, hay que crear piezas que emulen a los componentes básicos del cerebro, empezando por las neuronas y las sinapsis.

Definidas de manera simplificada, las sinapsis son conexiones entre las neuronas. A través de estas conexiones, se intercambia información.

Los ordenadores con una arquitectura inspirada en la del cerebro humano están cada vez más cerca de dar su salto final del laboratorio a la fabricación a gran escala en factorías. Pero aún quedan muchas preguntas que deben ser respondidas antes. Una de las más apremiantes es saber qué tipo de materiales pueden ser los mejores para aprovechar todo el potencial de este nuevo estilo de computación.

Para la mayoría de los dispositivos informáticos tradicionales, el silicio sigue siendo la mejor opción. Sin embargo, aumentan los partidarios de utilizar materiales más flexibles, eficientes y respetuosos con el medio ambiente para estos dispositivos que emulan al cerebro.

El equipo de Jean Anne Incorvia, de la Universidad de Texas en la ciudad estadounidense de Austin, ha desarrollado piezas que podrían definirse como transistores sinápticos. Estos singulares componentes, diminutos y flexibles, son similares a las sinapsis del cerebro que conectan a las neuronas entre sí y están diseñados para operar en ordenadores cuya arquitectura emule a la del cerebro. Para fabricar estos transistores sinápticos, el equipo ha recurrido al grafeno, un material que consiste en una lámina de carbono con un átomo de espesor. En esta capa, los átomos de carbono están distribuidos formando una retícula hexagonal, que recuerda un poco a la de un panal de abejas.

El nuevo transistor sináptico se comporta como lo hace una sinapsis en un cerebro vivo. (Imagen: The University of Texas at Austin)

Una combinación de grafeno y nafion (un polímero) constituye la columna vertebral del transistor sináptico. Juntos, estos materiales demuestran comportamientos similares a los de los sinápticos, sobre todo la capacidad de que las vías de transmisión se fortalezcan con el paso del tiempo a medida que se utilizan más a menudo, una especie de memoria muscular neuronal, por así decirlo. En computación, esto significa que un dispositivo de este tipo aumentará su eficiencia en la labor asignada a medida que vaya realizándola.

Otro hallazgo importante es que estos transistores son biocompatibles, lo que significa que pueden interactuar con células y tejidos vivos. Esto es fundamental para posibles aplicaciones en dispositivos médicos que entren en contacto con el cuerpo humano. La mayoría de los materiales utilizados para los primeros dispositivos neuromórficos (con arquitectura similar a la de un cerebro) son tóxicos, por lo que no podrían entrar en contacto con células vivas sin dañarlas.

Jean Anne Incorvia y sus colegas exponen los detalles de su diseño de transistor sináptico en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Metaplastic and energy-efficient biocompatible graphene artificial synaptic transistors for enhanced accuracy neuromorphic computing”. (Fuente: NCYT de Amazings)