Científicos de la Universidad de Harvard construyen el primer transistor sináptico, basado en las conexiones nerviosas que tienen lugar en nuestro cerebro. Su eficiencia, sensibilidad y resistencia a altas temperaturas lo convierten en un innovador dispositivo para la electrónica.
Cada vez estamos más cerca de la unión entre el sector de la electrónica y la industria de la biotecnología. Desde hace aproximadamente un año, son muchos los resultados presentados que tratan de acercarnos el transistor biológico definitivo: aquel que pueda imitar estructuras biológicas que encontramos en la naturaleza, para que sirvan como eficientes unidades básicas de procesamiento.
La primera iniciativa que explicamos en ALT1040 fue la que permitió que científicos de la Universidad de Tel Aviv construyeran transistores basados en proteínas. Pero la búsqueda de nuevas herramientas computacionales explorando la biología no se quedó ahí, sino que posteriormente investigadores de la Universidad de Stanford consiguieron un transistor biológico a partir de ADN y ARN.
Primer transistor que aprende mientras computa
Un reciente trabajo realizado en la Universidad de Harvard plantea una nueva aproximación a este tipo de dispositivos electrónicos. En particular, sus esfuerzos se han dirigido a construir el primer transistor sináptico basado en las conexiones neuronales existentes en nuestro cerebro, de tal forma que pueda aprender mientras computa.
Nuestro cerebro presenta algo más de 86 mil millones de neuronas, conectadas entre sí mediante sinapsis nerviosas. Estas conexiones neuronales pueden reforzarse en los casos en los que sea necesario, o bien apagarse si no tenemos por qué utilizarlas más. En otras palabras, estos mecanismos de apagado y encendido neuronal es lo que denominamos como aprendizaje .Trataron de imitar la extraordinaria eficiencia de nuestras conexiones nerviosas
Los científicos aún siguen maravillados con la eficiencia biológica de nuestro cerebro. Pero además de tratar de entender cómo funcionan estas conexiones neuronales, también resulta intrigante observar la extraordinaria eficiencia energética de nuestro órgano más complejo: se calcula que consume menos de 20 vatios de potencia, algo menos que una bombilla normal.
Estos dos factores, la eficiencia biológica y la energética, han provocado que los científicos norteamericanos trataran de construir el primer transistor sináptico. Su objetivo era crear un dispositivo electrónico que funcionara de manera análoga a las sinapsis que ocurren diariamente en nuestro cerebro.
Su trabajo, publicado en Nature Communications , ha conseguido desarrollar un transistor sináptico basado en una red cristalina de una película de niquelato de samario muy fina (80 nanómetros), que funciona como si de un canal sináptico real se tratara. La diferencia es que en los dos extremos del canal, donde normalmente hay axones y dendritas, se sitúan terminales de platino.El uso de este transistor sináptico permitiría no usar únicamente el sistema binario
La idea de los científicos de Harvard logra imitar perfectamente una conexión sináptica, puesto que se basa en la misma plasticidad neuronal, gracias al uso de iones de oxígeno, que se deslizan dentro y fuera de la película de niquelato. De esta manera, la intensidad de la conexión variará en función del tiempo de retardo en la señal eléctrica.
La creación de este transistor sináptico supondría un paso más allá de los tradicionales transistores de silicio, ya que no estaríamos limitados por el sistema convencional binario de unos y ceros. Como explica Jian Shi, «este sistema cambia su conductancia de una manera analógica, continua, mientras cambia la composición del material».
El transistor de Harvard lograba ser resistente a altas temperaturas
En realidad, la idea de construir un transistor sináptico hace que sea prácticamente imposible aplicar el sistema CMOS, tradicionalmente usado en la fabricación de circuitos integrados, ya que las sinapsis biológicas rara vez funcionan con respuestas de tipo "sí" o "no". Los científicos de Harvard, además, reiteran que la eficiencia y la sensibilidad de este nuevo transistor sináptico son enormes, y además, es capaz de operar a altas temperaturas, que rondan incluso los 160ºC.
Su trabajo prometer abrir una nueva era en la electrónica, en la que computación y biología caminen de la mano. ¿Será este transistor sináptico el dispositivo que utilizaremos en el futuro? Solo el tiempo nos ayudará a responder esta cuestión, pero de momento, sus resultados parecen realmente prometedores.
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