¿Una tecnología que funciona como un cerebro? En estos tiempos de inteligencia artificial, esto ya no parece tan descabellado, por ejemplo, cuando un teléfono móvil puede reconocer caras o idiomas. Sin embargo, con aplicaciones más complejas, las computadoras aún son rápidasse enfrentan a sus propias limitaciones. Una de las razones de esto es que una computadora tradicionalmente tiene unidades de memoria y procesador separadas, por lo que todos los datos deben enviarse de un lado a otro.el cerebro humano está muy por delante de las computadoras más modernas porque procesa y almacena información en el mismo lugar: en las sinapsis o conexiones entre neuronas, de las cuales hay un millón de billones en el cerebro. Un equipo internacional de investigadores deLas universidades de Münster Alemania, Oxford y Exeter ambas del Reino Unido han logrado desarrollar un hardware que podría allanar el camino para crear computadoras que se asemejen al cerebro humano.para producir un chip que contenga una red de neuronas artificiales que trabaje con luz y pueda imitar el comportamiento de las neuronas y sus sinapsis.
Los investigadores pudieron demostrar que esa red óptica neuro-sináptica es capaz de "aprender" información y usarla como base para calcular y reconocer patrones, al igual que un cerebro. El sistema funciona únicamente con luz y nocon electrones tradicionales, puede procesar datos muchas veces más rápido. "Este sistema fotónico integrado es un hito experimental", dice el profesor Wolfram Pernice de la Universidad de Münster y socio principal en el estudio. "El enfoque podría usarse más tarde en muchos campos diferentes paraevaluar patrones en grandes cantidades de datos, por ejemplo, en diagnósticos médicos. "El estudio se publica en el último número de" Naturaleza "diario"
La historia en detalle: antecedentes y método utilizado
La mayoría de los enfoques existentes relacionados con las llamadas redes neuromórficas se basan en la electrónica, mientras que los sistemas ópticos, en los que se utilizan fotones, es decir, partículas de luz, todavía están en su infancia. El principio que los científicos alemanes y británicosAhora hemos presentado los trabajos de la siguiente manera: las guías de ondas ópticas que pueden transmitir luz y pueden fabricarse en microchips ópticos están integradas con los llamados materiales de cambio de fase, que ya se encuentran hoy en los medios de almacenamiento, como los DVD regrabables.Los materiales de cambio se caracterizan por el hecho de que cambian dramáticamente sus propiedades ópticas, dependiendo de si son cristalinos, cuando sus átomos se organizan de manera regular, o amorfos, cuando sus átomos se organizan de manera irregular.El cambio puede ser activado por la luz si un láser calienta el material ". Debido a que el material reacciona tan fuertemente y cambia sus propiedades drásticamente, es muy adecuado fo imitar sinapsis y la transferencia de impulsos entre dos neuronas ", dice el autor principal, Johannes Feldmann, quien realizó muchos de los experimentos como parte de su tesis doctoral en la Universidad de Münster.
En su estudio, los científicos lograron por primera vez fusionar muchos materiales de cambio de fase nanoestructurados en una red neurosináptica. Los investigadores desarrollaron un chip con cuatro neuronas artificiales y un total de 60 sinapsis. La estructura del chip - que consistede diferentes capas: se basó en la llamada tecnología multiplex de división de longitud de onda, que es un proceso en el que la luz se transmite en diferentes canales dentro del nanocircuito óptico.
Para probar en qué medida el sistema es capaz de reconocer patrones, los investigadores lo "alimentaron" con información en forma de pulsos de luz, utilizando dos algoritmos diferentes de aprendizaje automático. En este proceso, un sistema artificial "aprende""a partir de ejemplos y, en última instancia, puede generalizarlos. En el caso de los dos algoritmos utilizados, tanto en el llamado aprendizaje supervisado como en el no supervisado, la red artificial fue capaz, en última instancia, de reconocer patrones de luz dados,se buscaba un patrón, uno de los cuales era cuatro letras consecutivas.
"Nuestro sistema nos ha permitido dar un paso importante hacia la creación de hardware informático que se comporta de manera similar a las neuronas y sinapsis en el cerebro y que también puede trabajar en tareas del mundo real", dice Wolfram Pernice. "Al trabajar con fotones".en lugar de electrones, podemos explotar al máximo el potencial conocido de las tecnologías ópticas, no solo para transferir datos, como ha sido el caso hasta ahora, sino también para procesarlos y almacenarlos en un solo lugar ", agrega.autor Prof. Harish Bhaskaran de la Universidad de Oxford.
Un ejemplo muy específico es que con la ayuda de dicho hardware, las células cancerosas podrían identificarse automáticamente. Sin embargo, será necesario realizar más trabajo antes de que tales aplicaciones se hagan realidad. Los investigadores deben aumentar el número de neuronas artificiales y sinapsis yaumentar la profundidad de las redes neuronales. Esto se puede hacer, por ejemplo, con chips ópticos fabricados con tecnología de silicio ". Este paso se debe dar en el proyecto conjunto de la UE 'Fun-COMP' mediante el procesamiento de fundición para la producción de nanochips,"dice el coautor y líder del proyecto Fun-COMP, Prof. C. David Wright de la Universidad de Exeter.
Financiamiento
Este trabajo de colaboración fue financiado por el DFG de Alemania subvención PE 1832 / 5-1, el EPSRC del Reino Unido subvenciones EP / J018694 / 1, EP / M015173 / 1 y EP / M015130 / 1 y el ERC de la Comisión Europea subvención724707 y H2020 el proyecto Fun-COMP, subvención 780848.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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