La inteligencia artificial parece estar superando a los humanos en muchas áreas, pero uno de los aspectos en los que el cerebro humano es superior es en el consumo de energía. Para un cálculo complejo, un cerebro humano necesita una potencia de 20 vatios, mientras que una supercomputadora para una tarea comparable necesita aproximadamente un millón de veces más energía. Esa computadora funciona a 20 megavatios. ¿No podría hacerse mejor, se han estado preguntando los investigadores durante mucho tiempo? ¿No podemos diseñar hardware que se parezca mucho más al cerebro biológico humano?
Uno de ellos es Christian Nijhuis, que realiza investigaciones en TU Twente sobre los llamados interruptores moleculares. Su equipo recientemente hizo un gran avance, ese descrito en una revista comercial Materiales naturales. Ya es hora de echar un vistazo al laboratorio de Nijhuis, donde trabaja en el diseño y medición de nuevas moléculas.
Nijhuis se llama a sí mismo un ‘arquitecto a nivel molecular’. Dibuja moléculas y, si parecen lo suficientemente interesantes, los químicos pueden hacer esa molécula. Se llama sintetizar. “Hemos encontrado una molécula que puede imitar la función de una sinapsis”, explica Nijhuis. El cerebro consta de unos cien mil millones de neuronas, y cada neurona está conectada a miles de otras neuronas. Las sinapsis son los oficiales de comunicación: cada señal en el cerebro pasa por las sinapsis. De estos, hay un estimado de cien a doscientos billonesque es un 1 con catorce ceros.
Para Nijhuis, lo interesante de estas sinapsis no es tanto la cantidad inimaginable, sino su eficiencia. Por eso la sinapsis es la gran fuente de inspiración a la hora de diseñar nuevos ordenadores. Y eso es muy necesario: ‘El procesamiento de los flujos de datos cada vez mayores se está saliendo de control. Los centros de datos están absorbiendo energía y eso solo va a aumentar”. Nijhuis menciona el conocido ejemplo de IA: reconocer al gato en la foto. La IA es bastante buena en eso en estos días, pero se necesita una gran cantidad de poder de cómputo para entrenar modelos y luego hacer la predicción ‘¿es esto un gato?’ para ser llevado a cabo.
Nijhuis: ‘Nuestros cerebros lo hacen mucho mejor. Solo usan energía cuando un pulso de información pasa a través de la sinapsis, lo que significa que pueden procesar una gran cantidad de datos al mismo tiempo”. Y no solo eso, también son flexibles y dinámicos: ‘Las sinapsis actúan como interruptores, pero lo especial es que pueden cambiar todo el tiempo. Así que quieres hardware molecular que también tenga esas propiedades dinámicas.’ Entonces, una computadora que, al igual que un cerebro humano, hace nuevas conexiones cada vez que aprende algo nuevo, fortalece o debilita las existentes, justo lo que se necesita.
Proceso meticuloso de fabricación y medición.
Ahora se ha logrado esta simulación de una única sinapsis. El primer paso se dio hace dos años, con la llegada de un interruptor de encendido/apagado molecular. Y ahora está el interruptor que también aprende del pasado. Nijhuis dice con fuego: ‘Fue fantástico cuando vimos que nuestras moléculas se comportaban como esperábamos’.
Este momento de júbilo estuvo precedido por un minucioso proceso de fabricación y medición. Se aplica una capa muy fina de exactamente una molécula de espesor a una placa de oro, después de lo cual se vuelven a separar entre sí. Nijhuis elabora sobre microcanales, aleaciones, capas de mono y óxido y electrodos estables. Monter: ‘Eso es todo, un método de fabricación muy simple.’ En el laboratorio, un estudiante muestra la monocapa resbaladiza, con electrodos en ambos lados. Utiliza un multímetro para demostrar que la capa molecular sí conduce.
El sótano del laboratorio está configurado como una jaula de Faraday sin vibraciones, donde se puede medir el comportamiento de las moléculas con un equipo especial. Una molécula abre las puertas a toda una familia de nuevas moléculas y materiales, espera Nijhuis. Y eventualmente a una red neuronal artificial en la que las sinapsis artificiales ya no procesan flujos de información binarios (con ceros y unos), sino que funcionan de manera análoga.
‘Eso no tiene precedentes’
Todavía queda un largo camino por recorrer, admite Nijhuis. Johan Mentink, que realiza una investigación algo similar en la Universidad de Radboud, también piensa lo mismo. Mentink, que no participó en la investigación de Nijhuis, llama al descubrimiento de TU Twente un avance científico: ‘Han tenido éxito en hacer una sinapsis a escala molecular. Eso no tiene precedentes.
El propio Mentink está trabajando, entre otras cosas, en las sinapsis optomagnéticas, que cambian en función de la luz. La gran ventaja de esto es que son mucho más económicos. Una desventaja importante es que no son orgánicos y, por lo tanto, son menos adecuados para aplicaciones médicas.
Y es precisamente en esta última dirección en la que piensa Nijhuis con su invento orgánico, además de todas las aplicaciones donde no hay una cantidad abundante de energía disponible, como en los coches autónomos o los drones. ¿No sería genial si el cuerpo pudiera usar una computadora súper potente y económica hecha de materiales blandos en lugar de chips de silicio duro? Nijhuis sueña en voz alta.
Como ejemplo, menciona un implante que se coloca en la corteza visual y puede procesar la información proveniente de los ojos, como una ayuda para los invidentes. Ya se están realizando cuidadosos experimentos con implantes, pero estos son chips gruesos y duros con (en este ejemplo específico) resultados limitados: el usuario ciego ve una imagen de solo unas pocas decenas de píxeles.
Otras aplicaciones útiles, pero menos espectaculares, estarán al alcance antes, espera Nijhuis, como los dispositivos que pueden administrar insulina en función del patrón de alimentación y el comportamiento de un paciente diabético.
No corra directamente a la tienda de salud ahora, advierte Nijhuis: “Se necesitarán años y años de investigación fundamental antes de que estemos listos para aplicaciones prácticas”.
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