Creen un xip que es pot configurar com el cervell humà

Investigadors de la Universitat de Purdue als Estats Units han desenvolupat un xip electrònic que actualitza per si mateix els seus circuits electrònics. És capaç d'aprendre contínuament i de servir de base a un ordinador que operaria com el cervell biològic.

Investigadors de la Universitat de Purdue als Estats Units han desenvolupat un xip que es pot reprogramar constantment i que és capaç d'aprendre tal com fa el cervell humà.

Quan el cervell humà aprèn una cosa nova, s'adapta. Però quan la intel·ligència artificial aprèn una cosa nova, tendeix a oblidar la informació apresa.

A mesura que les empreses usen cada vegada més dades per a millorar la forma en què la IA reconeix imatges, aprèn idiomes i duu a terme altres tasques complexes, una nova recerca, publicada en la revista Science, explica com es poden reconfigurar els xips d'un ordinador per a continuar aprenent sobre el ja après, tal com el fa el cervell biològic.

“Els cervells dels éssers vius poden aprendre contínuament al llarg de la seva vida. Ara hem creat una plataforma artificial perquè les màquines aprenguin al llarg de la seva vida útil”, explica Shriram Ramanathan, artífex del nou desenvolupament, en un comunicat.

IA integrada en el maquinari

A diferència del cervell, que forma constantment noves connexions entre les neurones per a permetre l'aprenentatge, els circuits d'un xip d'ordinador no canvien: un circuit que una màquina ha estat usant durant anys no és diferent del circuit que es va construir originalment en una fàbrica.

Aquesta limitació representa un problema per a aconseguir que la IA sigui més portàtil, com quan s'integra en vehicles autònoms o robots en l'espai, ja que en molts moments haurien de prendre decisions pel seu compte en entorns aïllats.

Si la IA pogués integrar-se directament en el maquinari, en lloc de simplement executar-se en el programari, com sol fer la IA, aquestes màquines podrien operar de manera més eficient, assenyalen els investigadors.

En el nou estudi, Ramanathan i el seu equip van construir una nova peça de maquinari que es pot reprogramar sota demanda a través de polsos elèctrics.

Ramanathan creu que aquesta adaptabilitat permetria que el dispositiu assumeixi totes les funcions necessàries per a construir un ordinador inspirat en el cervell. “Si volem construir una computadora o una màquina inspirada en el cervell, llavors, en conseqüència, volem tenir la capacitat de programar, reprogramar i canviar el xip contínuament”, assenyala Ramanathan.

Nou material

El maquinari del xip és un petit dispositiu rectangular fet d'un material anomenat niquelato de perovskita, que és molt sensible a l'hidrogen.

L'aplicació de polsos elèctrics a diferents voltatges permet que el dispositiu barregi una concentració d'ions d'hidrogen en qüestió de nanosegons, creant estats que els investigadors van observar que podrien assignar-se a les funcions corresponents del cervell biològic.

Quan el dispositiu té més hidrogen prop del seu centre, per exemple, pot actuar com una neurona, una única cèl·lula nerviosa. Amb menys hidrogen en aquest lloc, el dispositiu serveix com a sinapsi, una connexió entre neurones, que és el que usa el cervell per a emmagatzemar memòria en circuits neuronals complexos.

Microxarxa neuronal operativa

A través de simulacions de les dades experimentals, els investigadors van demostrar que la física interna d'aquest dispositiu crea una estructura dinàmica per a una xarxa neuronal artificial que és capaç de reconèixer de manera més eficient els patrons i dígits de l'electrocardiograma, en comparació amb la xarxa estàtica.

Aquesta xarxa neuronal integrada en el maquinari del xip utilitza "computació de dipòsit", que replica espontàniament com les diferents parts del cervell es comuniquen i transfereixen informació.

Els investigadors també van demostrar que, a mesura que es presenten nous problemes, aquesta xarxa dinàmica pot "seleccionar i triar" quins circuits són els més adequats per a abordar aquests problemes.

Adaptable a semiconductors

Atès que l'equip va poder construir el dispositiu utilitzant tècniques de fabricació estàndard compatibles amb semiconductors i operar el dispositiu a temperatura ambient, Ramanathan creu que aquesta tècnica pot ser fàcilment adoptada per la indústria de semiconductors.

“Vam demostrar que aquest dispositiu és molt robust”, explica Michael Park, un altre dels investigadors.

“Després de programar el dispositiu durant un milió de cicles, la reconfiguració de totes les funcions és notablement reproduïble”, afegeix.

Els investigadors estan treballant per a demostrar aquests conceptes en xips de prova a gran escala, que s'usarien per a construir un ordinador inspirat en el cervell.