El futuro de la computación podría estar en la miel. Como suena. Un equipo internacional de científicos ha comprobado que el fluido que elaboran las abejas podría ser una ‘dulce solución’ para desarrollar componentes ecológicos para computadoras neuromórficas, sistemas diseñados para imitar las neuronas y las sinapsis del cerebro humano, y que son mucho más rápidos y usan mucha menos energía que las computadoras tradicionales.
Un equipo de ingenieros de la Universidad Estatal de Washington (WSU) ha demostrado una nueva forma de conseguir que esos sistemas sean también "más orgánicos". En un estudio publicado en ‘Journal of Physics D’, los investigadores muestran que la miel se puede usar para construir un ‘memristor’, un componente similar a un transistor que no solo puede procesar sino también almacenar datos en la memoria.
"Este es un dispositivo muy pequeño con una estructura simple, pero tiene funcionalidades muy similares a las de una neurona humana", apunta Feng Zhao, coautor del estudio.
"Esto significa que si podemos integrar millones o miles de millones de estos memristores de miel juntos, entonces se pueden convertir en un sistema neuromórfico que funcionará de manera muy similar a un cerebro humano", añade.
Zhao y el autor principal de la investigación, Brandon Sueoka, crearon para el estudio memristores al procesar miel en una forma sólida y colocarla entre dos electrodos de metal, formando una estructura similar a una sinapsis humana.
A continuación probaron la capacidad de los memristores de miel para imitar el trabajo de las sinapsis con altas velocidades de encendido y apagado de 100 y 500 nanosegundos, respectivamente.
'Memristores' del tamaño de un cabello
Los memristores también emularon las funciones de sinapsis conocidas como ‘plasticidad dependiente del tiempo de pico’ y ‘plasticidad dependiente de la velocidad de pico’, que son responsables de los procesos de aprendizaje en el cerebro humano y de retener nueva información en las neuronas.
Los ingenieros crearon memristores de miel del tamaño aproximado de un cabello humano. El equipo dirigido por Zhao planea ahora desarrollarlos a nanoescala, aproximadamente mil veces más pequeños que un cabello humano, y agrupar muchos millones o incluso miles de millones para crear un sistema informático neuromórfico completo.
Los sistemas informáticos convencionales se basan en lo que se denomina arquitectura de von Neumann, que implica una entrada, por lo general desde un teclado y un ratón, y una salida, como puede ser el monitor. También tiene una CPU, o unidad central de procesamiento, y RAM, o memoria de almacenamiento.
La transferencia de datos a través de todos estos mecanismos, desde la entrada hasta el procesamiento, desde la memoria hasta la salida, requiere mucha energía, al menos en comparación con el cerebro humano, explica Zhao.
Puso un ejemplo: la supercomputadora Fugaku, desarrollada por Fujitsu para el Centro de Ciencias de la Computación RIKEN en Kobe (Japón), usa más de 28 megavatios (la potencia instalada de un parque eólico de tamaño medio, como el de Valdefuentes, en Huelva) para funcionar, mientras que el cerebro usa solo alrededor de 10 a 20 vatios.
El cerebro humano tiene más de 100.000 millones de neuronas con más de 1.000 billones de sinapsis o conexiones entre ellas. Cada neurona puede procesar y almacenar datos, lo que hace que el cerebro sea mucho más eficiente que una computadora tradicional, y los desarrolladores de sistemas informáticos neuromórficos pretenden imitar esa estructura.
Soluciones biodegradables y renovables
Varias empresas, incluidas Intel e IBM, han lanzado chips neuromórficos que tienen el equivalente a más de 100 millones de "neuronas" por chip, pero esto aún no se acerca al número existente en el cerebro. Un elevado número de desarrolladores también sigue utilizando los mismos materiales no renovables y tóxicos que se utilizan actualmente en los chips de computadora convencionales.
Muchos investigadores, incluido el equipo de Zhao, están buscando soluciones biodegradables y renovables para usar en este nuevo y prometedor tipo de computación.
Zhao también está liderando investigaciones sobre el uso de proteínas y otros azúcares, como los que se encuentran en las hojas de aloe vera, pero ve un mayor potencial en el fluido que elaboran las abejas.
"La miel no se echa a perder", destaca. "Tiene una concentración de humedad muy baja, por lo que las bacterias no pueden sobrevivir en él. Esto significa que estos chips de computadora serán muy estables y confiables durante mucho tiempo", añade.
Los chips Honey Memristor desarrollados en la WSU deberían tolerar los niveles más bajos de calor generados por los sistemas neuromórficos que no se calientan tanto como las computadoras tradicionales. Los memristores de miel también reducirán los desechos electrónicos, auguran los investigadores.
"Cuando queremos deshacernos de dispositivos que usan chips de computadora hechos de miel, podemos disolverlos fácilmente en agua", explica Zhao. "Debido a estas propiedades especiales, la miel es muy útil para crear sistemas neuromórficos renovables y biodegradables".
"Esto también significa que al igual que las computadoras convencionales, los usuarios deberán evitar derramar su café sobre ellas", concluye Zhao con gracia.
Informe de referencia: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ac585b
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