Neuronas artificiales de IBM ya es una realidad

El IBM Research de Zúrich ha desarrollado con éxito las primeras neuronas artificiales del mundo. La compañía cuenta con 500 unidades que se utilizarán para procesar distintas señales emulando al cerebro. Estas neuronas con tecnología de cambio de fase están construidas con materiales fácilmente escalables hasta unos pocos nanómetros, son capaces de reaccionar muy rápido y, a su vez, tienen un consumo de energía mínimo.

La estocasticidad es una capacidad de las neuronas artificiales que les permite generar distintos impulsos al azar como si fueran neuronas biológicas. Estos nanodispositivos cuentan con una entrada (dendritas), una membrana neuronal alrededor del núcleo y una salida (axón). La gran diferencia con las células cerebrales reales reside en la membrana neuronal.

En una neurona real, la membrana es una “bicapa lipídica” que actúa como una resistencia y como un condensador. Esto, en otras palabras, significa que acumula la suficiente energía hasta producir un pico de electricidad y luego lo libera a través de los axones a otras neuronas colindantes. Y así sucesivamente. 

En las neuronas de IBM, la misión de esta membrana la cubre un pequeño cuadrado de germanio-antimonio-telurio (GST), un componente muy común en la fabricación de discos ópticos regrabables. Además es un material de cambio de fase, es decir, puede estar en dos fases diferentes (cristalina y amorfa) entre las que alterna por el efecto del calor. A su vez, cada fase tiene distintas propiedades físicas: la amorfa funciona como aislante eléctrico y la cristalina favorece la conductividad.

Las neuronas artificiales comienzan su actividad en la fase amorfa. En cuanto se forman los primeros picos de electricidad, el material se cristaliza lo suficiente para volverse conductor. De esta forma, la electricidad llega hasta la membrana y crea otro pico, pero después de cierto tiempo, el GST vuelve de nuevo a su fase amorfa y el proceso retorna a sus inicios.

IBM define sus neuronas como estocásticas porque cada estado amorfo del GST es ligeramente distinto después de cada ciclo y esto también modifica el proceso de cristalización. Dicho de otra forma, los ingenieros nunca saben exactamente cuándo emitirá un pulso eléctrico una neurona artificial.

Estas neuronas de cambio de fase son lo más cerca que ha estado el ser humano de desarrollar un dispositivo artificial que se comporte como una célula biológica auténtica. Estos conocimientos tal vez abran la puerta a una nueva generación de supercomputadoras. Por el momento, IBM ha construido cinco matrices conjuntas de 10x10 neuronas hasta reunir un total de 500. Sin embargo, el auténtico reto será crear el software adecuado para estos chips neuromórficos.