Revolución en neuronas artificiales: científicos logran imitar la sinapsis con materiales avanzados en un avance sin precedentes
Un equipo de investigadores ha desarrollado el "vortion", un nuevo estado magnético capaz de imitar la sinapsis neuronal. Este avance revoluciona la computación neuromórfica y el almacenamiento de datos, reduciendo el consumo energético y permitiendo dispositivos reconfigurables.
Revolución en neuronas artificiales: científicos logran imitar la sinapsis con materiales avanzados en un avance sin precedentes. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
4.03.2025
En el mundo de la tecnología, la eficiencia energética se ha convertido en un desafío crucial. Los centros de datos y dispositivos electrónicos consumen cantidades masivas de electricidad, y la forma en que almacenamos y procesamos información sigue dependiendo en gran medida de flujos de corriente eléctrica. Esto genera pérdidas de energía en forma de calor, un problema que los científicos llevan años tratando de resolver. Ahora, un equipo de investigadores de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), en colaboración con otras instituciones internacionales, ha logrado un avance sin precedentes: han desarrollado un nuevo estado magnético denominado "vortion", capaz de imitar el comportamiento de las sinapsis neuronales y abrir nuevas vías en el desarrollo de dispositivos más eficientes y reconfigurables.
Publicado en Nature Communications, este trabajo demuestra cómo es posible controlar materiales magnéticos mediante voltajes en lugar de corrientes eléctricas. Este hallazgo no solo reduce el consumo energético, sino que también permite diseñar sistemas que imiten el funcionamiento del cerebro humano. Los investigadores han logrado manipular nanodots magnéticos de una manera completamente nueva, creando estados de vórtice que pueden ajustarse de forma precisa. Esto tiene aplicaciones directas en neuromorfismo, almacenamiento de datos y computación avanzada.
¿Qué es el "vortion" y por qué es tan importante?
Los dispositivos de almacenamiento actuales utilizan diferentes configuraciones de magnetismo para guardar datos, pero el control de estas propiedades suele ser costoso en términos de energía. El concepto de "vortion" surge de la combinación de dos tecnologías clave: la magneto-ionización y los vórtices magnéticos.
La magneto-ionización es una técnica que permite modificar las propiedades magnéticas de un material añadiendo o eliminando iones mediante la aplicación de voltaje. Por otro lado, los vórtices magnéticos son estructuras en las que los momentos magnéticos giran en espiral, formando patrones estables y eficientes para el almacenamiento de información.
Hasta ahora, la manipulación de vórtices magnéticos requería métodos complejos como corrientes de espín o pulsos láser, que consumen una gran cantidad de energía. El "vortion" soluciona este problema permitiendo un control fino y reversible de estos estados mediante voltajes de bajo consumo, lo que supone una revolución en el campo.
La clave de los ordenadores del futuro podría ser imitar la sinapsis neuronal. Fuente: ChatGPT / Eugenio Fdz.
Un control sin precedentes sobre las propiedades magnéticas
El estudio liderado por Jordi Sort e Irena Spasojević ha demostrado que es posible ajustar la magnetización, coercividad, remanencia y anisotropía de los nanodots con una precisión sin precedentes. Como explica Spasojević:
"Con los 'vortiones' que hemos desarrollado, podemos tener un control sin precedentes de propiedades magnéticas como la magnetización, la coercividad, la remanencia, la anisotropía o los campos críticos en los que los vortiones se forman o se aniquilan".
Este nivel de control es fundamental para aplicaciones futuras. Los dispositivos basados en "vortions" pueden almacenar y procesar información de manera más eficiente, sin necesidad de disipar calor excesivo ni de utilizar métodos energéticamente costosos.
Cómo evoluciona el estado magnético: La imagen muestra cómo el material cambia de estado según el voltaje aplicado. Al inicio, presenta un magnetismo uniforme, pero con más tiempo y voltaje, se transforma en un vórtice magnético estable, clave para tecnologías avanzadas. Fuente: Nature CommunicationsImplicaciones para la computación neuromórfica
Uno de los aspectos más revolucionarios del "vortion" es su capacidad para imitar las sinapsis neuronales. En el cerebro, las conexiones entre neuronas no son estáticas, sino que cambian de intensidad en función de la actividad y el aprendizaje. El "vortion" podría replicar este comportamiento en dispositivos artificiales, lo que permitiría el desarrollo de redes neuronales más eficientes.
"Este es un objeto hasta ahora inexplorado a escala nanométrica".
Jordi Sort
Según los autores del estudio, "los 'vortions' podrían proporcionar pesos sinápticos ajustables de manera análoga a los sistemas biológicos". Esto significa que podríamos crear chips que aprendan y se adapten, acercándonos a una computación mucho más similar al cerebro humano.
Cambio estructural con voltaje: La imagen muestra cómo el tratamiento con voltaje reorganiza los elementos del nanodot, creando regiones con propiedades magnéticas distintas. Fuente: Nature Communications
Aplicaciones más allá de la informática
El potencial del "vortion" va más allá de la computación neuromórfica. Este descubrimiento podría tener impacto en varias áreas:
- Almacenamiento de datos de múltiples estados, permitiendo guardar más información en menos espacio.
- Spintrónica avanzada, una rama de la electrónica que usa el espín de los electrones para mejorar el procesamiento de datos.
- Terapias médicas basadas en magnetismo, como la administración dirigida de fármacos o la estimulación neuronal.
- Ciberseguridad mediante almacenamiento reconfigurable, donde la información puede cambiar de estado de manera reversible.
Este tipo de aplicaciones demuestran que el "vortion" no es solo una mejora sustancial, sino un cambio radical en cómo usamos el magnetismo en la tecnología.
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Referencias
Spasojević, I., Ma, Z., Barrera, A., Celegato, F., Magni, A., Ruiz-Gómez, S., Foerster, M., Palau, A., Tiberto, P., Buchanan, K. S., & Sort, J. (2025). Magneto-ionic vortices: voltage-reconfigurable swirling-spin analog-memory nanomagnets. Nature Communications, 16, 1990. https://doi.org/10.1038/s41467-025-57321-8.
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