Crean un chip que se puede configurar como el cerebro humano

Investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos han desarrollado un chip electrónico que actualiza por sí mismo sus circuitos electrónicos. Es capaz de aprender continuamente y de servir de base a un ordenador que operaría como el cerebro biológico.

Investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos han desarrollado un chip que se puede reprogramar constantemente y que es capaz de aprender tal como hace el cerebro humano.

Cuando el cerebro humano aprende algo nuevo, se adapta. Pero cuando la inteligencia artificial aprende algo nuevo, tiende a olvidar la información aprendida.

A medida que las empresas usan cada vez más datos para mejorar la forma en que la IA reconoce imágenes, aprende idiomas y lleva a cabo otras tareas complejas, una nueva investigación, publicada en la revista Science, explica cómo se pueden reconfigurar los chips de un ordenador para seguir aprendiendo sobre lo ya aprendido, tal como lo hace el cerebro biológico.

“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 útil”, explica Shriram Ramanathan, artífice del nuevo desarrollo, en un

comunicado

.

IA integrada en el hardware

A diferencia del cerebro, que forma constantemente nuevas conexiones entre las neuronas para permitir el aprendizaje, los circuitos de un chip de ordenador no cambian: un circuito que una máquina ha estado usando durante años no es diferente del circuito que se construyó originalmente en una fábrica.

Esta limitación representa un problema para conseguir que la IA sea más portátil, como cuando se integra en vehículos autónomos o robots en el espacio, ya que en muchos momentos tendrían que tomar decisiones por su cuenta en entornos aislados.

Si la IA pudiera integrarse directamente en el hardware, en lugar de simplemente ejecutarse en el software, como suele hacer la IA, estas máquinas podrían operar de manera más eficiente, señalan los investigadores.

En el nuevo estudio, Ramanathan y su equipo construyeron una nueva pieza de hardware que se puede reprogramar bajo demanda a través de pulsos eléctricos.

Ramanathan cree que esta adaptabilidad permitiría que el dispositivo asuma todas las funciones necesarias para construir un ordenador inspirado en el cerebro. “Si queremos construir una computadora o una máquina inspirada en el cerebro, entonces, en consecuencia, queremos tener la capacidad de programar, reprogramar y cambiar el chip continuamente”, señala Ramanathan.

Nuevo material

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 los investigadores observaron que podrían asignarse a las funciones correspondientes del cerebro biológico.

Cuando el dispositivo tiene más hidrógeno cerca de su centro, por ejemplo, puede actuar como una neurona, una única célula nerviosa. Con menos hidrógeno en ese lugar, el dispositivo sirve como sinapsis, una conexión entre neuronas, que es lo que usa el cerebro para almacenar memoria en circuitos neuronales complejos.

Microred neuronal operativa

A través de simulaciones de los datos experimentales, los investigadores demostraron que la física interna de este dispositivo crea una estructura dinámica para una red neuronal artificial que es capaz de reconocer de manera más eficiente los patrones y dígitos del electrocardiograma, en comparación con la red estática.

Esta red neuronal integrada en el hardware del chip utiliza "computación de depósito", que replica espontáneamente cómo las diferentes partes del cerebro se comunican y transfieren información.

Los investigadores también demostraron que, a medida que se presentan nuevos problemas, esta red dinámica puede "seleccionar y elegir" qué circuitos son los más adecuados para abordar esos problemas.

Adaptable a semiconductores

Dado que el equipo pudo construir el dispositivo utilizando técnicas de fabricación estándar compatibles con semiconductores y operar el dispositivo a temperatura ambiente, Ramanathan cree que esta técnica puede ser fácilmente adoptada por la industria de semiconductores.

“Demostramos que este dispositivo es muy robusto”, explica Michael Park, otro de los investigadores.

“Después de programar el dispositivo durante un millón de ciclos, la reconfiguración de todas las funciones es notablemente reproducible”, añade.

Los investigadores están trabajando para demostrar estos conceptos en chips de prueba a gran escala, que se usarían para construir un ordenador inspirado en el cerebro.

Referencia

Reconfigurable perovskite nickelate electronics for artificial intelligence

. Hai Tian Zhang et al. Science, 3 Feb 2022, Vol 375, Issue 6580, pp. 533-539. DOI: 10.1126/science.abj7943