Sinapsis artificiales hechas de nanocables.

Los científicos de Jülich junto con colegas de Aquisgrán y Turín han producido un elemento memristivo hecho de nanocables que funciona de manera muy similar a una célula nerviosa biológica.

El componente puede guardar y procesar información, así como recibir numerosas señales en paralelo. La célula de conmutación resistiva hecha de nanocables de óxido de cristal está demostrando ser el candidato ideal para su uso en la construcción de procesadores «neuromórficos» bioinspirados.

Las computadoras han aprendido mucho en los últimos años. Gracias al rápido progreso en inteligencia artificial, ahora pueden conducir autos, traducir textos, derrotar a campeones mundiales de ajedrez y mucho más. Al hacerlo, uno de los mayores desafíos radica en el intento de reproducir artificialmente el procesamiento de la señal en el cerebro humano.

En las redes neuronales, los datos se almacenan y procesan en un alto grado en paralelo. Las computadoras tradicionales, por otro lado, trabajan rápidamente a través de tareas sucesivas y distinguen claramente entre el almacenamiento y el procesamiento de la información. Por regla general, las redes neuronales solo pueden simularse de una manera muy incómoda e ineficiente utilizando hardware convencional.

Los sistemas con chips neuromórficos que imitan la forma en que funciona el cerebro humano ofrecen ventajas significativas. Los expertos en el campo describen este tipo de computadora bioinspirada como capaz de trabajar de forma descentralizada, teniendo a su disposición una multitud de procesadores que, como las neuronas en el cerebro, están conectados entre sí por redes.

Además, al igual que en el cerebro, donde la práctica lleva a una transferencia de señal mejorada, un procesador bioinspirado debe tener la capacidad de aprender.

«Con la tecnología de semiconductores de hoy, estas funciones son alcanzables hasta cierto punto. Sin embargo, estos sistemas son adecuados para aplicaciones particulares y requieren mucho espacio y energía», dice la Dra. Ilia Valov de Forschungszentrum Jülich.

«Nuestros dispositivos de nanocables hechos de cristales de óxido de zinc pueden procesar e incluso almacenar información, además de ser extremadamente pequeños y eficientes energéticamente», explica el investigador del Instituto Peter Grünberg de Jülich.

Durante años, a las células memristivas se les han asignado las mejores posibilidades de ser capaces de asumir la función de las neuronas y las sinapsis en las computadoras bioinspiradas. Alteran su resistencia eléctrica dependiendo de la intensidad y la dirección de la corriente eléctrica que fluye a través de ellos. A diferencia de los transistores convencionales, su último valor de resistencia permanece intacto incluso cuando la corriente eléctrica está apagada. Los memristores son, pues, fundamentalmente capaces de aprender.

Para crear estas propiedades, los científicos de Forschungszentrum Jülich y RWTH Aachen University utilizaron un solo nanocables de óxido de zinc, producido por sus colegas de la universidad politécnica de Turín. Con un tamaño aproximado de diez milésimas de milímetro, este tipo de nanocables es más de mil veces más delgado que un cabello humano. El componente memristive resultante no solo ocupa una pequeña cantidad de espacio, sino que también puede cambiar mucho más rápido que la memoria flash.

Los nanocables ofrecen propiedades físicas novedosas y prometedoras en comparación con otros sólidos y se utilizan, entre otras cosas, en el desarrollo de nuevos tipos de células solares, sensores, baterías y chips de computadora. Su fabricación es comparativamente sencilla. Los nanocables resultan de la deposición por evaporación de materiales específicos sobre un sustrato adecuado, donde prácticamente crecen por su propia cuenta.

Para crear una celda en funcionamiento, ambos extremos del nanocalar deben estar unidos a metales adecuados, en este caso platino y plata.

Sin embargo, los componentes hechos de nanocables simples todavía están demasiado aislados para ser útiles en chips. En consecuencia, el siguiente paso que están planeando los investigadores de Jülich y Turín es producir y estudiar un elemento memristivo, compuesto por un grupo más grande y relativamente fácil de generar de varios cientos de nanocables que ofrecen funcionalidades más interesantes.

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