Eliminan el problema de la pérdida de amplitud de la señal eléctrica en los cables convencionales, utilizados actualmente en el procesamiento informático
Los investigadores utilizaron materiales que se comportan como axones: el fortalecimiento espontáneo de pulsos eléctricos que viajan a lo largo de las líneas de transmisión podría marcar un antes y un después en el diseño de chips para dispositivos informáticos. / Crédito: Lakshmiraman Oza en Pixabay.
Pablo Javier Piacente
27 SEPT 2024
Inspirados en los axones, que transportan señales de nuestras células nerviosas, los ingenieros han desarrollado cables neuromórficos que pueden amplificar su señal de forma independiente, sin necesidad de complementos, amplificadores o dispositivos externos. Los investigadores creen que este nuevo enfoque podría modificar para siempre la forma en la cual se diseñan chips para ordenadores y otros dispositivos informáticos.
Un equipo de investigadores liderado por la Universidad de Texas A&M y la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, ha logrado desarrollar cables neuromórficos que imitan el funcionamiento de los axones y otras células nerviosas en el cerebro humano. Gracias a esta característica, no pierden la amplitud de la señal eléctrica y se potencian de manera autónoma, sin requerir ayuda externa. Su desarrollo podría ser el primer paso para una nueva forma de alimentar a los chips que se emplean en el procesamiento informático.
Imitando el funcionamiento biológico
Toda señal eléctrica que se propague en un conductor metálico, como puede ser un cable, pierde amplitud debido a la resistencia natural de los metales: el procesamiento informático moderno puede requerir hasta 50 kilómetros de delgados cables de cobre para movilizar las señales eléctricas en el interior de los chips, que hacen posible el funcionamiento de ordenadores o móviles.
Sin embargo, las pérdidas eléctricas mencionadas se suman rápidamente, requiriendo amplificadores para mantener la integridad del pulso eléctrico. Estas restricciones de diseño afectan el rendimiento de los chips actuales: en el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature, los científicos se inspiraron en los axones, una porción de una célula nerviosa o neurona que puede conducir impulsos eléctricos lejos del cuerpo celular de manera autónoma, para crear cables neuromórficos más eficientes.
De acuerdo a una nota de prensa, los axones son como la “autopista de la información” en el cerebro humano y de otros vertebrados: comunican señales de una neurona a otra vecina, trabajando como cables de fibra óptica que transportos los impulsos eléctricos. Aunque a veces se comunican a distancias importantes para su contexto, no pierden amplitud de señal y, debido a esto, son mucho más eficientes que los cables utilizados en informática.
Resultados prometedores
En la nueva investigación, los especialistas descubrieron que el óxido de cobalto de lantano se vuelve mucho más conductor de la electricidad a medida que se calienta y recibe ciertos estímulos. Esta propiedad interactúa con las pequeñas cantidades de calor generadas a medida que una señal eléctrica pasa a través del material, lo que resulta en un bucle de retroalimentación positiva. En otras palabras, los cables confeccionados con estos materiales no requieren amplificación externa para mantener la intensidad de la transmisión, de la misma forma que sucede con los axones.
Según un artículo publicado en IEEE Spectrum, las señales que viajan por los axones neuronales exhiben un comportamiento autoamplificador porque existen en un estado llamado borde del caos (EOC, según las siglas en inglés), que básicamente combina momentos de estabilidad e inestabilidad. Los investigadores a cargo del nuevo estudio encontraron una manera de imitar ese comportamiento en el óxido de cobalto de lantano.
El equipo demostró la efectividad de los cables neurmórficos confeccionados con este material pasando una señal de corriente alterna a través de un metal: la señal no solo no se degradó a medida que pasaba a través del dispositivo, sino que se amplificó hasta en un 70 por ciento. Aunque hay un largo camino por recorrer desde esta primera demostración experimental hasta una “reinvención” de los cables empleados en chips de ordenador, los resultados son muy auspiciosos y prometen un gran desarrollo hacia el futuro.
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Referencia
Axon-like active signal transmission. Timothy D. Brown et al. Nature (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07921-z
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Fuente:
