Un equipo internacional de investigadores de las universidades de Münster (Alemania), Oxford y Exeter (Reino Unido) ha desarrollo con éxito una pieza de hardware de Inteligencia Artificial (IA) que allana el camino para crear computadoras parecidas al cerebro humano.
Los científicos han logrado producir un chip de neuronas artificiales que funciona con la luz y que puede imitar el comportamiento de las neuronas y sus sinapsis.
Y es que se ha podido demostrar que una red neurosináptica óptica sería capaz de aprender la información y usarla como base para calcular y reconocer patrones, como lo puede hacer un cerebro.
El hardware tiene la capacidad de procesar datos muchas veces más rápido, tomando en cuenta que funciona solo con luz y no con electrones tradicionales.
Wolfram Pernice, profesor de la Universidad de Münster y socio principal del estudio, que por cierto se ha publicado en el último número de la revista Nature, ha calificado como un hito experimental a este novedoso sistema fotónico integrado.
“El enfoque podría usarse más adelante en muchos campos diferentes para evaluar patrones en grandes cantidades de datos, por ejemplo, en diagnósticos médicos”.
Hardware con funciones cerebrales
Los académicos han insistido en que una tecnología que funciona como un cerebro no parece tan inverosímil en estos tiempos de Inteligencia Artificial donde, por ejemplo, un teléfono móvil puede reconocer caras o idiomas.
“Sin embargo, con aplicaciones más complejas, las computadoras aún se enfrentan rápidamente a sus propias limitaciones. Una de las razones de esto es que una computadora tradicionalmente tiene unidades separadas de memoria y procesador, cuya consecuencia es que todos los datos deben enviarse entre los dos”.
Siendo así, el cerebro humano sigue estando muy por delante de las computadoras, incluso de las más modernas, porque procesa y almacena información en el mismo lugar: en las sinapsis o conexiones entre neuronas, de las cuales hay un millón de billones en el cerebro.
En tecnología, la mayoría de los enfoques existentes relacionados con las llamadas redes neuromórficas se basan en la electrónica, mientras que los sistemas ópticos, en los que se utilizan fotones (partículas de luz), aún están en su infancia.
En este sentido, el principio que los científicos alemanes y británicos han presentado funciona de la siguiente manera: las guías de ondas ópticas que pueden transmitir luz y pueden fabricarse en microchips ópticos se integran con los llamados materiales de cambio de fase, que ya se encuentran en medios de almacenamiento como el re DVD grabables.
“Estos materiales de cambio de fase se caracterizan por el hecho de que cambian dramáticamente sus propiedades ópticas, dependiendo de si son cristalinos, cuando sus átomos se organizan de manera regular, o amorfos, cuando sus átomos se organizan de manera irregular”.
Para Johannes Feldmann, autor principal del estudio y muchos experimentos como parte de su tesis doctoral en la Universidad de Münster, el chip de neuronas artificiales es muy adecuado para imitar las sinapsis y la transferencia de impulsos entre dos neuronas, debido a que el material reacciona tan fuertemente y cambia sus propiedades dramáticamente.
Chip de neuronas artificiales
Los científicos han logrado por primera vez fusionar muchos materiales de cambio de fase nanoestructurados en una red neurosináptica. De esta manera, han desarrollado un hardware con cuatro neuronas artificiales y un total de 60 sinapsis.
La estructura del chip de Inteligencia Artificial, con diferentes capas, se ha basado en la llamada tecnología multiplex de división de longitud de onda, proceso donde la luz se transmite a través de diferentes canales dentro del nanocircuito óptico.
Para probar la medida en que el sistema puede reconocer patrones, los investigadores lo han alimentado con información en forma de pulsos de luz mediante la utilización de dos algoritmos diferentes de Aprendizaje Automático (ML). Así, un sistema artificial puede aprender de ejemplos y, en última instancia, generalizarlos.
“En el caso de los dos algoritmos utilizados, tanto en el denominado aprendizaje supervisado como en el no supervisado, la red artificial fue capaz, en última instancia, de reconocer determinados patrones de búsqueda, uno de los cuales fue de cuatro letras consecutivas”.
A juicio de Wolfram Pernice, este chip de neuronas artificiales les ha permitido dar un paso importante hacia la creación de hardware de computadora que se comporta de manera similar a las neuronas y las sinapsis en el cerebro y que también puede trabajar en tareas del mundo real.
“Al trabajar con fotones en lugar de electrones, podemos aprovechar al máximo el potencial conocido de las tecnologías ópticas, no solo para transferir datos como ha sido el caso hasta ahora, sino también para procesar y almacenarlos en un solo lugar”, ha agregado Harish Bhaskaran, coautor y profesor de la Universidad de Oxford.
