En un giro hacia la bioinspiración tecnológica, científicos de la Universidad de Utrecht y de la Universidad Sogang de Corea del Sur han desarrollado un ordenador biológico que opera utilizando simples elementos como agua y sal. Este avance no solo rinde homenaje a los procesos biológicos del cerebro humano sino que también promete una revolución en la eficiencia energética y el procesamiento de información.
Imitando la naturaleza: sinapsis artificiales que funcionan con agua y sal
El fascinante mundo de la tecnología ha buscado desde hace décadas emular la complejidad y la eficacia del cerebro humano. A lo largo del tiempo, los avances tecnológicos han creado computadoras poderosas pero a un coste energético significativamente alto. Con el nuevo estudio publicado en los Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), los investigadores están volviendo a las raíces biológicas para reducir este consumo energético.
¿Cómo funciona exactamente este ordenador biológico? Central en este descubrimiento es un pequeño dispositivo, un memristor iontrónico, diseñado para emular la función de las sinapsis del cerebro humano. Mide apenas 150 por 200 micrómetros y funciona con una solución que es esencialmente agua con sal.
Funcionamiento del Memristor Iontrónico: Un Paso Hacia la Computación Neuromórfica
Este dispositivo utiliza un microcanal en forma de cono que contiene la solución salina. Al aplicarse impulsos eléctricos, se produce una migración de iones dentro del líquido a través del canal. Este movimiento altera la concentración de estos iones, ajustando la conductividad del canal según la intensidad o duración de los impulsos eléctricos.
¿Cuál es el resultado de este mecanismo? Simula el fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones sinápticas en el cerebro, permitiendo que el dispositivo no solo transmita información sino que también la procese y la “recuerde” de manera similar a como lo haría una sinapsis biológica.
Implicaciones y futuro del ordenador biológico
El profesor Tim Kamsma, uno de los principales investigadores del estudio, señala que la computación neuromórfica iontrónica aún es una ciencia joven pero con un potencial enorme. Los resultados experimentales, que se alinearon fluidamente con las teorías previas, sugieren que podríamos estar en los albores de desarrollar computadoras que no solo imiten la estructura neuronal del cerebro humano, sino que también utilicen medios similares para su funcionamiento.
Por último, estos desarrollos podrían significar una disminución en la dependencia de materiales sólidos convencionales y un paso hacia sistemas que utilicen recursos más abundantes y menos costosos energéticamente. Las implicaciones de tal avance son profundas, prometiendo un futuro donde la tecnología es no solo potencialmente eficiente sino también ambientalmente consciente.
Antecedentes
Hasta ahora, se habían logrado fabricar computadoras similares al cerebro, adoptando métodos analógicos en lugar del procesamiento binario tradicional. Sin embargo, mientras que nuestros cerebros funcionan utilizando agua y partículas de sal (iones), la mayoría de las computadoras actuales dependen de materiales sólidos convencionales.
La computación neuromórfica iontrónica, que busca replicar el funcionamiento del cerebro utilizando las mismas herramientas, se ha convertido en el principal objetivo de los científicos. Ahora, han demostrado por primera vez que un sistema dependiente de agua y sal es capaz de procesar información compleja.
El Dispositivo Clave
El elemento central de este descubrimiento es un diminuto dispositivo, de tan solo 150 por 200 micrómetros, que imita el comportamiento de una sinapsis, un componente esencial del cerebro responsable de transmitir señales entre las neuronas.
“La posibilidad de adaptar los canales para retener y procesar información durante diferente tiempo, es similar a los mecanismos sinápticos observados en nuestro cerebro”, explica Tim Kamsma, profesor de la Universidad de Utrecht y autor principal del estudio.
Desarrollo del ordenador biológico
Replicar el funcionamiento del cerebro adoptando las mismas herramientas se ha convertido en el principal objetivo de la llamada computación neuromórfica iontrónica. Ahora los científicos han demostrado por primera vez que un sistema dependiente de agua y sal es capaz de procesar información compleja.
El dispositivo clave en este descubrimiento es un memristor iontrónico, un diminuto elemento de 150 por 200 micrómetros que imita el comportamiento de una sinapsis cerebral. Este dispositivo consta de un microcanal en forma de cono lleno de una solución de agua y sal. Cuando recibe impulsos eléctricos, los iones dentro del líquido migran a través del canal, lo que provoca alteraciones en la concentración de iones.
Dependiendo de la intensidad o duración del impulso eléctrico, la conductividad del canal se ajusta, reflejando el fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones entre neuronas, al igual que los mecanismos sinápticos del cerebro. “La posibilidad de adaptar los canales para retener y procesar información durante diferente tiempo, es similar a los mecanismos sinápticos observados en nuestro cerebro”, explica Tim Kamsma, profesor de la Universidad de Utrecht.
El origen de este descubrimiento se remonta a una idea concebida por el propio Kamsma, quien luego colaboró con un grupo de investigación en Corea del Sur. “Acogieron mi teoría con gran entusiasmo y rápidamente iniciaron un trabajo experimental basado en ella. Sorprendentemente, los hallazgos se materializaron en apenas tres meses, siguiendo las predicciones esbozadas en el marco teórico de Kamsma.”
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