Un paso más hacia los ordenadores que imitan la función del cerebro

Aunque los investigadores trabajan en una búsqueda continua de las mejores tecnologías, el equipo más eficiente posible ya existe. Puede aprender y adaptarse sin necesidad de programación o actualizaciones, tiene una memoria casi ilimitada, no suele fallar y funciona a velocidades extremadamente rápidas. No se trata de un Mac o un PC, sino del cerebro humano. Y por eso es normal que científicos de todo el mundo quieren imitar sus habilidades.

Tanto laboratorios académicos como industriales trabajan para desarrollar equipos que operen de forma más parecida al cerebro humano. El fin último es conseguir ordenadores capaces de actuar como una red de neuronas, en lugar de los sistemas digitales convencionales.

Ese es el objetivo que persigue un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, cuyo trabajo ha supuesto un importante paso adelante en el campo de la electrónica que podría acercar aún más la computación cerebral, como explican en un comunicado.

Y es que los ordenadores actuales pueden impresionar en muchos aspectos, pero no son “comparables a la mente» según Mark Hersam, de la Escuela de Ingeniería de Northwestern y uno de los autores del estudio. Por el contrario, destaca las bondades de las neuronas, “capaces de realizar cálculos muy complicados sin apenas consumir energía en comparación con un ordenador», añade.

Lo mejor de cada memoria

La investigación, presentada en el último número de la prestigiosa revista científica Nature, se centra en las resistencias de memoria, o memristores, que son resistencias en un circuito que «recuerdan» la cantidad de corriente que ha fluido a través de ellas. Según los investigadores, el memristor podría utilizarse como elemento de memoria en un circuito integrado u ordenador.

«A diferencia de otras memorias existentes actualmente en la electrónica moderna, los memristores son estables y recuerdan su estado incluso si pierden la corriente eléctrica”, señala Hersam.

Los ordenadores actuales utilizan la memoria de Acceso Aleatorio (RAM) que, aunque rápida, no salva los datos no guardados si se corta la corriente. Las unidades flash, por otra parte, sí almacenan la información cuando no hay energía, aunque son mucho más lentas. En cambio, los memristores aportarían lo mejor de cada una de estas memorias: rápido y fiable.

Sin embargo existe un problema, ya que se trata de dispositivos electrónicos de dos terminales, que sólo pueden controlar un canal de tensión. El objetivo de los investigadores sería transformarlo en un dispositivo de tres terminales, lo que permitiría su uso en circuitos y sistemas electrónicos más complejos.

Una capa de MoS2

Para conseguir su objetivo usaron una sola capa de disulfuro de molibdeno (MoS2), un nanomaterial semiconductor bidimensional extremadamente fino. Se trata de un prometedor material muy flexible, capaz de producir electricidad sin necesidad de ninguna fuente externa.

Al igual que las fibras siguen una cierta disposición en la madera, los átomos tienen una tendencia a ordenarse, que se conoce como grano, dependiendo del material. En el caso de la hoja de MoS2 utilizada en Northwestern, tiene un contorno de grano bien definido, que es la interfaz donde se unen dos granos diferentes.

«Debido a que los átomos no están en la misma orientación, hay enlaces químicos que no se producen en esa interfaz,» explica Hersam. Esos límites de grano influyen en el flujo de corriente, por lo que pueden servir como medio para ajustar la resistencia.

Cuando se aplica un campo eléctrico grande, el contorno de grano se mueve –literalmente-, provocando un cambio en la resistencia. Mediante el uso de MoS2 con este defecto del borde, en lugar de la típica estructura de un memristor de metal-óxido-metal, el equipo da lugar a un nuevo dispositivo de tres terminales que se puede ajustar con un electrodo de puerta.

«Con un memristor que puede ajustarse con un tercer electrodo, tenemos la posibilidad de realizar una función no se podía lograr con anterioridad», destaca el investigador. Este avance permite a los investigadores utilizar el nuevo dispositivo como medio para desarrollar una computación más similar al funcionamiento del cerebro. De momento, están explorando activamente esa posibilidad en el laboratorio.