Desarrollo de un dispositivo iónico capaz de procesar información similar al cerebro

Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencias de Tokio ha desarrollado un dispositivo de inteligencia artificial con un alto rendimiento de procesamiento de información. Esto se logró recreando el llamado estado «al borde del caos» que ocurre en el cerebro utilizando dinámicas acopladas de iones y electrones en la interfaz de electrolito sólido/diamante. Esta tecnología se puede utilizar para desarrollar dispositivos de inteligencia artificial perimetrales energéticamente eficientes con una amplia gama de aplicaciones, incluido el reconocimiento de patrones en imágenes (incluido el reconocimiento facial), voces y olores.

El cerebro humano es mucho más eficiente energéticamente que las computadoras utilizadas en las tecnologías de IA actuales y superior en el rendimiento del procesamiento de la información. Una posible razón de esto es que el estado de «borde del caos» que tiene lugar en el cerebro no se ha incorporado a las computadoras.

Se han realizado intentos para desarrollar hardware capaz de recrear el estado del borde del caos mediante la fabricación de circuitos integrados a gran escala que consisten en numerosos dispositivos miniaturizados. Sin embargo, el desarrollo real de estos circuitos ha demostrado ser un desafío y su rendimiento solo se ha estimado a través de simulaciones.

Este equipo de investigación desarrolló recientemente un dispositivo de inteligencia artificial con un alto rendimiento de procesamiento de información mediante la reproducción del estado del borde del caos del cerebro utilizando dinámicas acopladas de iones y electrones en la interfaz de película delgada de electrolito sólido/película delgada de diamante conductora de iones de litio. Este dispositivo funciona de la misma manera que un transistor eléctrico de doble capa en el sentido de que su resistencia eléctrica cambia con los estados cambiantes de carga/descarga de la doble capa eléctrica.

El dispositivo es capaz de inducir un estado al borde del caos, lo que le permite producir respuestas eléctricas con picos y patrones de relajación similares a los de las respuestas sinápticas en el cerebro y procesar la información de manera eficiente. Como resultado, este dispositivo de IA fue capaz de convertir señales de entrada de forma de onda en señales en una forma de onda intencionada diferente seis veces más precisa que otros dispositivos de IA pequeños similares, logrando el rendimiento más alto del mundo en esta tarea.

Esta investigación demostró que se puede lograr un procesamiento de información similar al del cerebro al recrear el estado del borde del caos del cerebro en una doble capa eléctrica de unos pocos nanómetros de espesor en la interfaz de película delgada de electrolito sólido/película delgada de diamante.

Esta nueva tecnología a nanoescala puede ser potencialmente aplicable en el desarrollo de pequeños dispositivos de IA prácticos y de alto rendimiento. Estos podrían incluir dispositivos de IA de borde de bajo consumo que podrían combinarse con varios sensores para crear relojes inteligentes, cámaras de vigilancia, sistemas de reconocimiento de voz y otras tecnologías con una amplia gama de aplicaciones (por ejemplo, medicina, preparación para desastres, fabricación y seguridad).

Esta investigación se publicó en la edición del 14 de diciembre de 2022 de Avances de la ciencia.