IBM da un paso hacia la construcción de sinapsis de semiconductores artificiales

Neurona

Los científicos e investigadores que intentan construir computadoras que intentan duplicar algunas de las capacidades del cerebro, incluso de manera burda, se han enfrentado durante mucho tiempo a un problema importante. Nuestra mejor tecnología convencional no se parece en nada al sistema biológico que intenta emular, ni se trata simplemente de una cuestión de escala. Los procesadores de computadora están construidos en silicio plano 2D, se conectan a través de concentradores de controlador (tanto en la matriz como a través de los nodos del servidor) y usan un sistema binario simple para determinar si un transistor dado está encendido o apagado.

La gente tiende a pensar que el problema es de escala. No lo es. Como John Hewitt explorado en un artículo en enero, el problema no es que los transistores sean demasiado grandes, es que las neuronas se conectan entre sí en 3D y son decididamente no binarias. La liberación de neurotransmisores en el cerebro se rige por el movimiento de iones de calcio a través de las membranas celulares. Los grandes influjos de calcio en la sinapsis producen efectos posteriores más importantes.

Estructura de sinapsis



Los investigadores de IBM han detallado un nuevo descubrimiento que nos acerca un paso más a cerrar la brecha entre las sinapsis y el silicio. El equipo de investigación ha detallado un método para transformar una capa aislante en un material conductor exponiéndola a un fluido cargado. El VO2 (óxido de vanadio (IV)) es un compuesto con un hábito particularmente extraño (e interesante). Se transforma de aislante a conductor en función de su temperatura. Ese es el tipo de capacidad que aturde a los científicos, pero es solo el punto de partida de lo que descubrió el equipo de IBM.

Al exponer la película delgada de VO2 a un fluido iónico, los científicos pudieron estabilizar la fase metálica del VO2 hasta cinco grados Kelvin. Normalmente, el VO2 es un aislante por debajo de 340K (68C) y metálico / conductor a 68C o más. La explicación anterior de este cambio drástico en el comportamiento se llama activación de electrolitos. Esta teoría postuló que el cambio dramático en las capacidades de transición del VO2 fue causado por la introducción del líquido iónico en la estructura de la puerta.

El equipo de investigación probó esto limpiando el sustrato de prueba. La película delgada de VO2 se examinó mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS); no se encontró líquido. Mientras tanto, la película de VO2 tratada aún podría cambiar entre conductancia baja y alta mediante un cambio de voltaje suficiente. El equipo confirmó sus hallazgos sobre películas delgadas de VO2 sobre diferentes sustratos, para asegurarse de que las propiedades particulares del material subyacente no fueran la causa de los resultados.

Canal fluídico

Crédito de la imagen: New York Times

El siguiente paso, según el equipo, es intentar crear circuitos fluídicos más grandes que se encienden o apagan según las concentraciones de fluidos locales. 'Podríamos formar o interrumpir conexiones de la misma manera que se podría rehacer una conexión sináptica en el cerebro, o se podría ajustar la fuerza de esa conexión', dijo el Dr. Parkin a la New York Times. Parkin cree que el equipo probablemente abordará una pequeña matriz de memoria a continuación.

Lo emocionante de este trabajo no son las implicaciones a corto plazo, sino la metas a largo plazo. Es extremadamente difícil modelar el comportamiento y la función de un sistema si no se puede construir un modelo representativo del mismo. El proyecto Blue Brain es uno de los principales esfuerzos del mundo para simular la estructura neuronal. El último gran hito del proyecto fue la simulación de un mesocircuito celular con 100 columnas neocorticales y un millón de células en total. Hacerlo requirió el uso de un IBM Blue Gene / P, una de las supercomputadoras más eficientes energéticamente que existen. En la actualidad, la simulación de un componente simplificado de un cerebro de rata requiere varios órdenes de magnitud más de energía que la que utiliza un cerebro orgánico.

Objetivos del proyecto Blue Brain

Y es por eso que avances como este son importantes. La capacidad de modificar las propiedades aislantes de un material sin aplicar electricidad podría ser fundamental para futuros intentos de escalar el modelado cerebral hacia abajo. La creación de circuitos que modelen funciones de sinapsis (incluso si lo hacen de manera imperfecta y muy simple) puede ayudarnos a comprender cómo funcionan sus contrapartes biológicas. Podría reducir drásticamente el consumo de energía (y el calor residual) generado por tales intentos, al igual que el advenimiento de la fabricación moderna de semiconductores redujo las computadoras de estructuras que caben en los almacenes a bolsillos.

Es un paso emocionante, aunque pequeño, en la dirección correcta.

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