MADRID, 22 Ene. (EUROPA PRESS) -
Ingenieros del MIT han diseñado una sinapsis artificial de tal manera que pueden controlar con precisión la fuerza de una corriente eléctrica, de forma similar a como fluyen los iones entre neuronas.
El equipo ha construido un pequeño chip con sinapsis artificiales, hechas de germanio de silicio. En simulaciones, los investigadores encontraron que el chip y sus sinapsis se podían usar para reconocer muestras de escritura a mano, con una precisión del 95 por ciento.
El diseño, publicado en la revista Nature Materials, es un paso importante hacia la construcción de chips neuromórficos portátiles de baja potencia para su uso en el reconocimiento de patrones y otras tareas de aprendizaje.
Los investigadores en el campo emergente de la "computación neuromórfica" han intentado diseñar chips de computadora que funcionan como el cerebro humano. En lugar de realizar cálculos basados en señalización binaria on/off, como los chips digitales en la actualidad, los elementos de un 'cerebro en un chip' funcionarían de forma analógica, intercambiando un gradiente de señales o "pesos", muy parecido a neuronas que se activan de diversas maneras según el tipo y la cantidad de iones que fluyen a través de una sinapsis.
De esta forma, pequeños chips neuromórficos podrían, como el cerebro, procesar de manera eficiente millones de flujos de cómputos paralelos que actualmente solo son posibles con grandes bancos de superordenadores.
La mayoría de los diseños de chips neuromórficos intentan emular la conexión sináptica entre las neuronas utilizando dos capas conductoras separadas por un "medio de conmutación" o espacio similar a la sinapsis. Cuando se aplica una tensión, los iones deben moverse en el medio de conmutación para crear filamentos conductores, de forma similar a cómo cambia el "peso" de una sinapsis.
Pero ha sido difícil controlar el flujo de iones en los diseños existentes. Jeehwan Kim, investigador principal de este trabajo en el Research Laboratory of Electronics and Microsystems Technology Laboratories del MIT, dice en un comunicado que eso es porque la mayoría de los medios de conmutación, hechos de materiales amorfos, tienen caminos posibles ilimitados a través de los cuales pueden viajar los iones, un poco como Pachinko, un juego arcade mecánico que canaliza pequeñas bolas de acero a través de una serie de patillas y palancas. desviar o dirigir las bolas fuera de la máquina.
Al igual que Pachinko, los medios de conmutación existentes contienen múltiples rutas que dificultan predecir dónde pasarán los iones. Kim dice que puede crear no uniformidad no deseada en el rendimiento de una sinapsis.
"Una vez que aplica un poco de voltaje para representar algunos datos con su neurona artificial, tiene que borrar y poder escribir de nuevo de la misma manera", dice Kim. "Pero en un sólido amorfo, cuando escribes de nuevo, los iones van en direcciones diferentes porque hay muchos defectos. Esta corriente está cambiando y es difícil de controlar. Ese es el mayor problema: la no uniformidad de la sinapsis artificial".
En lugar de utilizar materiales amorfos como una sinapsis artificial, Kim y sus colegas buscaron el silicio monocristalino, un material conductor libre de defectos hecho de átomos dispuestos en una alineación continuamente ordenada. El equipo buscó crear un defecto de línea preciso, unidimensional, o dislocación, a través del silicio, a través del cual los iones podrían fluir de manera predecible.
Para hacerlo, los investigadores comenzaron con una oblea de silicio, que se asemeja, a una resolución microscópica, a un patrón de alambrada de gallinero. Luego cultivaron un patrón similar de germanio de silicio, un material que también se usa comúnmente en los transistores, en la parte superior de la oblea de silicio. El enrejado de germanio de silicio es ligeramente más grande que el del silicio, y Kim descubrió que, en conjunto, los dos materiales perfectamente incompatibles pueden formar una dislocación en forma de embudo, creando un único camino a través del cual pueden fluir los iones.
Los investigadores fabricaron un chip neuromórfico que consiste en sinapsis artificiales hechas de silicio germanio, cada sinapsis mide alrededor de 25 nanómetros de ancho. Aplicaron voltaje a cada sinapsis y descubrieron que todas las sinapsis exhibían más o menos la misma corriente o flujo de iones, con una variación de aproximadamente 4 por ciento entre las sinapsis, una actuación mucho más uniforme en comparación con las sinapsis hechas de material amorfo.
