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Diseñan chip que imita la creación de memoria del cerebro

[19/07/2019] Investigadores de la Universidad Estatal de Colorado y de las universidades australianas RMIT, ANU, QUT han demostrado un chip electrónico ultraplano que, según ellos, puede imitar la forma en que las neuronas trabajan para almacenar y eliminar información en el cerebro.

Hecho de un material llamado fósforo negro, los investigadores han llamado al chip un gran avance en la computación neuromórfica -que modela el sistema nervioso usando circuitos electrónicos.

"Nos acerca un paso importante a la realización de un cerebro biónico, un cerebro en un chip que puede aprender de su entorno como lo hacen los humanos", señaló el líder del equipo de investigación, el Doctor Sumeet Walia, de RMIT.

Los recuerdos comienzan a formarse en el cerebro cuando pequeños picos de energía eléctrica alcanzan un umbral de voltaje que `enlaza' a un grupo de neuronas. Las conexiones activas tienden a fortalecerse, mientras que las que no se utilizan se debilitan y eventualmente pueden desaparecer por completo.

En el chip -descrito en un artículo publicado hoy en Advanced Functional Materials- se utiliza la luz para generar una fotocorriente. El cambio de color hace que la corriente invierta la dirección de positivo a negativo.

Este interruptor de dirección, o cambio de polaridad, es equivalente a la unión y ruptura de las conexiones neuronales, un mecanismo que permite a las neuronas conectarse e inducir el aprendizaje, o inhibir e inducir el olvido.

La obra se inspiró en una herramienta emergente de la biotecnología llamada optogenética. La optogenética utiliza la luz para controlar las células del tejido vivo, típicamente neuronas, que han sido diseñadas genéticamente para responder a la luz. Esto permite a los científicos ahondar en el sistema eléctrico del cuerpo con una precisión increíble, utilizando la luz para manipular las neuronas de modo que puedan ser activadas o desactivadas.

"Nuestro chip de inspiración óptica imita la biología fundamental de la mejor computadora de la naturaleza: el cerebro humano. La traducción de sinapsis biológicas en una plataforma de hardware es un paso importante hacia la realización de una electrónica inspirada en el cerebro", anotó Walia, del Grupo de Investigación en Materiales Funcionales y Microsistemas de RMIT.

"Ser capaz de almacenar, borrar y procesar información es crítico para la computación, y el cerebro lo hace de manera extremadamente eficiente. Somos capaces de simular el enfoque neural del cerebro simplemente haciendo brillar diferentes colores en nuestro chip", añadió.

Los fabricantes de chips utilizaron la naturaleza "intrínsecamente defectuosa" del fósforo negro a su favor, señalan.

Aunque los defectos suelen ser un problema para la optoelectrónica, con la ingeniería de precisión los investigadores pudieron utilizarlos para crear nuevas funcionalidades. El chip se fabricó en el centro de investigación MicroNano de RMIT.

"Los defectos suelen considerarse como algo que hay que evitar, pero aquí los utilizamos para crear algo nuevo y útil", señaló el doctor Taimur Ahmed, autor principal del artículo, Multifunctional Optoelectronics via Harnessing Defects in Layered Black Phosphorus (Optoelectrónica multifuncional a través del aprovechamiento de defectos en el fósforo negro en capas).

"Es un enfoque creativo para encontrar soluciones a los desafíos técnicos a los que nos enfrentamos", agregó.

Los investigadores añaden que la tecnología tiene potencial para su uso en electrónica de bajo consumo y portátil, y representa un paso importante hacia una "computación basada en la luz rápida, eficiente y segura".