Sistema informático inspirado en el cerebro basado en skyrmions ‘lee’ escritura a mano

Un dispositivo informático que utiliza pequeños remolinos magnéticos para procesar datos ha sido entrenado para reconocer números escritos a mano. Desarrollado por investigadores de RIKEN, el dispositivo muestra que los remolinos magnéticos en miniatura podrían ser útiles para realizar sistemas informáticos de baja energía inspirados en el cerebro.

Nuestros cerebros contienen redes complejas de neuronas que transmiten y procesan señales eléctricas. Las redes neuronales artificiales imitan este comportamiento y son particularmente hábiles en tareas como el reconocimiento de patrones.

Pero las redes neuronales artificiales consumen mucha energía cuando se ejecutan en chips de silicio convencionales. Por eso, los investigadores están desarrollando plataformas alternativas que están especialmente diseñadas para la computación inspirada en el cerebro, un enfoque conocido como computación neuromórfica.

El nuevo dispositivo neuromórfico creado por investigadores como Tomoyuki Yokouchi del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente, se basa en un tipo de red neuronal artificial conocida como modelo informático de reservorio. Una característica de este modelo es su memoria a corto plazo: su salida depende de las entradas pasadas y presentes del sistema.

Ahí es donde entran en juego los diminutos remolinos magnéticos conocidos como skyrmions. Estos patrones magnéticos tienen un efecto de memoria incorporado, porque su estructura y comportamiento reflejan la exposición previa a los campos magnéticos.

Skyrmions también puede funcionar con bajas energías. «Otra ventaja de usar skyrmions es el ahorro de energía, porque los skyrmions se pueden controlar usando densidades de corriente muy pequeñas», dice Yokouchi.

El dispositivo del equipo contiene una serie de barras cubiertas con una película de platino, cobalto e iridio, que puede albergar skyrmions de unos pocos micrómetros de ancho.

Para poner datos en el dispositivo, los investigadores codificaron información en un campo magnético que, cuando se aplica a los skyrmions, genera un voltaje. Este voltaje de salida depende del número y tamaño de los skyrmions presentes.

Los investigadores entrenaron el dispositivo usando más de 13,000 imágenes de dígitos escritos a mano del 0 al 9. Convirtieron las imágenes en señales de entrada magnéticas y ajustaron el dispositivo para que las señales de voltaje de salida representaran con precisión el dígito correcto.

Luego, el equipo probó el dispositivo utilizando otras 5000 imágenes y descubrió que podía reconocer los números con una precisión de aproximadamente el 95 %, superando a los dispositivos neuromórficos rivales.

«Nuestro trabajo indica que la computación neuromórfica de ahorro de energía se puede realizar utilizando skyrmions», dice Yokouchi.

Los hallazgos se publican en la revista Avances de la ciencia.

El equipo espera desarrollar un dispositivo similar que utilice una corriente eléctrica como entrada, en lugar de un campo magnético, lo que debería mejorar su rendimiento y reducir aún más su consumo de energía. «Si tenemos éxito, podremos demostrar tareas más complejas como el reconocimiento de voz y el seguimiento de movimiento», dice Yokouchi.