Cap a una computació inspirada en el cervell

Un equip d'investigació de l'Institut de Tecnologia Química (ITQ), centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i de la Universitat Politècnica de València (UPV), ha publicat una revisió científica que reuneix el coneixement actual sobre els anomenats dispositius autooscil·latoris, uns components electrònics que generen senyals de manera autònoma i poden reproduir alguns dels mecanismes de funcionament de les neurones. El treball reuneix coneixements de física, química, ciència de materials, electroquímica i enginyeria electrònica per a avançar cap a noves formes de computació inspirades en el cervell. Les seues múltiples aplicacions els converteixen en una prometedora alternativa per al desenvolupament de la pròxima generació de maquinari intel·ligent. La investigació ha sigut publicada en la revista Chemical Reviews.

L'estudi proposa una visió comuna per a entendre com funcionen aquests dispositius autooscil·latoris. Encara que utilitzen materials i tecnologies molt diferents, molts poden comportar-se de manera similar a les neurones, ja que generen impulsos elèctrics, responen a estímuls o se sincronitzen entre si. Per a explicar aquests comportaments, el treball recorre a la dinàmica no lineal, que estudia sistemes capaços de respondre de manera complexa i canviant davant diferents estímuls. Aquesta nova perspectiva ajudarà a dissenyar dispositius més eficients per a futurs sistemes de computació inspirats en el cervell.

La investigació suposa un avanç important perquè ofereix una explicació comuna per a entendre el funcionament de les diferents famílies d'aquests dispositius. Per a això, utilitza eines matemàtiques que permeten estudiar com un sistema pot canviar de comportament, per exemple, per a passar d'un estat estable a generar impulsos elèctrics o oscil·lacions. Aquesta visió comuna proporciona una guia per a dissenyar nous dispositius capaços de processar informació aprofitant directament les propietats físiques dels materials, d'una forma més semblant al funcionament del cervell que al dels ordinadors tradicionals.

Múltiples aplicacions

Les aplicacions d'aquesta tecnologia abracen des de la intel·ligència artificial i la robòtica fins al reconeixement de patrons, el processament de senyals i els sistemes capaços d'aprendre i adaptar-se en temps real. A més, aquests dispositius podrien reduir de manera significativa el consum energètic i simplificar el disseny dels circuits, ja que integren en un mateix element l'emmagatzematge, el processament i l'adaptació de la informació.

“El principal avantatge d'aquests sistemes és que la computació emergeix directament de les propietats físiques i dinàmiques del dispositiu. En lloc de separar memòria i processament, com ocorre en els ordinadors tradicionals, els oscil·ladors integren emmagatzematge, processament i adaptació en un mateix element físic”, explica el Prof. Juan Bisquert, investigador distingit de la UPV i líder del grup PROFUND a l'ITQ (CSIC-UPV).

Aquest avantatge es tradueix en una reducció del consum energètic, una disminució de la complexitat dels circuits i en un augment de l'eficiència en tasques cognitives.

ERC Advanced Grant PeroSpiker

Aquest treball està associat al projecte ERC Advanced Grant PeroSpiker (Grant Agreement No. 101097688), l'objectiu del qual és establir els principis físics i dinàmics que permeten als materials i dispositius ionicoelectrònics exhibir funcionalitats inspirades en les neurones, com excitabilitat, spiking, oscil·lacions, adaptació i memòria.

El treball l’han realitzat Gonzalo Rivera-Sierra, Roberto Fenollosa i Juan Bisquert a l'Institut de Tecnologia Química (ITQ CSIC-UPV).