domingo, 22 de diciembre de 2013

Neuristors: memristors usados para simular el comportamiento de las neuronas



Los microprocesadores actuales se componen (básicamente) de una serie de conmutadores binarios que se activan o desactivan. Si pensamos en nuestro cerebro, un órgano que podríamos asemejar con un microprocesador, lo cierto es que  el condicional usado en el "podríamos" está perfectamente utilizado porque el comportamiento es diferente.


En el cerebro humano la neuronas individuales muestran picos breves de actividad y codifican la información de acuerdo a un patrón basado en esos picos de actividad. Estas diferencias entre el cerebro y los chips han construido grandes barreras a la hora de generar un modelo neuronal basado en ordenadores. De hecho, la reciente generación de redes neuronales ha requerido que cada neurona sea modelada por separado vía software con el fin de obtener los famosos picos de actividad que permitan reproducir su comportamiento real.

La buena noticia para todos los científicos que investigan la manera de imitar el trabajo del cerebro humano en los microprocesadores tiene nombre propio: los memristors (palabra compuesta de memory resitor, es decir, resistencia-memoria). En los HP Labs han descubierto que la combinación de memristors y condensadores (capacitors) pueden crear los picos de actividad necesarios para simular el comportamiento de las neuronas.

La clave para crear estos nuevos microprocesadores es un aislante llamado Mott. Estos materiales, que normalmente serían capaces de comportarse como conductores de electricidad, la realidad es que son incapaces debido a las interacciones entre sus electrones, sobre todo en temperaturas elevadas. Pues bien, si calentamos un aislante Mott es posible convertirlo en un conductor.

Al aplicar electricidad por ejemplo en el material NbO2, cuando alcanza una temperatura crítica se convierte en un conductor que permite que la corriente fluya a través de él. Una vez que el dispositivo se enfría, vuelve a su estado resistivo. Todo esto es lo que se describe como memristor.

Los investigadores de los HP Labs han recurrido a un modelo simplificado de neuronas basado en proteínas que les permiten transmitir señales eléctricas. Cuando una neurona se activa, los canales de sodio se abren para que los iones se precipiten en una célula nerviosa y se cambie la carga relativa de fuera y dentro de su membrana. En respuesta a estos cambios, los canales de potasio se abren y permiten que los iones salgan y así se restaure el equilibrio de la carga.

En el circuito creado por los investigadores había dos unidades, una en representación de los canales de sodio y otra para los canales de potasio. Cada unidad consitía en un condensador (que permitía que se acumulara carga) en paralelo a un memristor (que permitía que la carga se liberara de repente). En la disposición adecuada esta combinación produce los ansiados picos de actividad tan proto como se supera el umbral de tensión. A este dispositivo es lo que han llamado neuristor.

El actual neuristor NbO2 utiliza demasiada energía para usarlo en grandes cantidades en un microprocesador, pero hay otros tipos de resistencias Mott que nos permiten pensar en encontrar alguna de bajo consumo y compatible con las técnicas usadas en los chips.

Fuente: ars technica

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