Investigadores de la Universidad McGill han desarrollado una estructura nanométrica sensible a la luz que imita a una neurona en el procesamiento de la información. El comportamiento de tipo neuronal se origina en los propios materiales. Así, el consumo de energía es menor en comparación con el uso de dispositivos similares asociados a circuitos o software.
En lugar de recolectar los datos para procesarlos después en otro lugar, el aparato detecta e interpreta la luz en el mismo sitio, al igual que un ojo procesa información visual.
Según los investigadores, esta innovación podría mejorar la eficiencia de tecnologías visuales, como las retinas artificiales y los sensores ópticos inteligentes. También podría revolucionar la fabricación de redes neuronales artificiales (RNA), que constituyen uno de los fundamentos del aprendizaje automático.
"Mediante el uso de materiales y nanoestructuras particulares, hemos desarrollado el primer dispositivo capaz de reproducir fielmente la dinámica neuronal que se observa en un contexto biológico", explica Songrui Zhao, autor principal y profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática.
Un dispositivo multicapa sensible a la luz Los investigadores fabricaron el dispositivo superponiendo capas de átomos mediante una técnica llamada epitaxia por haz molecular. Luego lo expusieron a luz de diferentes colores, intensidades y duraciones, y midieron los cambios en las señales eléctricas dentro del material.
Mediante un análisis de las señales durante un período determinado, descubrieron que el dispositivo era capaz de combinar las señales entrantes, almacenar brevemente la información y desencadenar una respuesta una vez alcanzado un cierto umbral. Este mecanismo se asemeja a la forma en que una neurona procesa la información y demuestra que dicho comportamiento puede derivarse directamente de las propiedades físicas del material, en lugar de un software o un circuito complejo.
"Al diseñar minuciosamente las capas, hemos creado un dispositivo cuya respuesta a la luz es modulable, lo que constituye la base para reproducir el comportamiento de una neurona aislada", señala el profesor Zhao. "Logramos modular el flujo de corriente eléctrica para obtener el comportamiento deseado".
Construcción de redes neuronales desde cero Según los investigadores, dado que las redes neuronales artificiales (RNA) están formadas por una gran cantidad de neuronas interconectadas, este dispositivo podría ofrecer un nuevo enfoque para el diseño de sistemas.
"Una neurona artificial aislada es como una célula que se puede utilizar como bloque de construcción para crear redes desde cero", añade el profesor Zhao. "Es una idea un poco loca: crear algo similar a un sistema biológico a partir de un material inorgánico".
Este enfoque podría conducir a un procesamiento de la información más eficiente y a aplicaciones en informática de vanguardia, por ejemplo.
El investigador señala que los próximos estudios se centrarán en ampliar el rango de sensibilidad lumínica del dispositivo y optimizar su rendimiento, así como en aplicaciones como el cifrado de datos, donde un procesamiento de la información directamente a nivel del sensor podría reforzar la seguridad.
Fuente: Universidad McGill