Investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos han desarrollado un chip electrónico que actualiza sus circuitos electrónicos por sí mismo. Es capaz de aprender continuamente y actúa como base de una computadora que funcionaría como el cerebro biológico.
Investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos han desarrollado un chip que se puede reprogramar constantemente y es capaz de aprender igual que el cerebro humano.
Cuando el cerebro humano aprende algo nuevo, se adapta. Pero cuando la IA aprende algo nuevo, tiende a olvidar la información aprendida.
A medida que las empresas utilizan cada vez más los datos para mejorar la forma en que la IA reconoce imágenes, aprende idiomas y realiza otras tareas complejas, una nueva investigación publicada en la revista Science explica cómo se pueden reconfigurar los chips de una computadora. computadora para continuar aprendiendo sobre lo que ya se ha aprendido, tal como lo hace el cerebro biológico.
«Los cerebros de los seres vivos pueden aprender continuamente a lo largo de sus vidas. Ahora hemos creado una plataforma artificial donde las máquinas pueden aprender a lo largo de su vida útil», explica Shriram Ramanathan, arquitecto detrás del nuevo desarrollo, en un comunicado.
IA integrada en el hardware
A diferencia del cerebro, que constantemente forma nuevas conexiones entre las neuronas para permitir el aprendizaje, el circuito en un chip de computadora no cambia: un circuito que una máquina ha usado durante años no es diferente del circuito construido originalmente en una fábrica. .
Esta limitación representa un problema para hacer que la IA sea más portátil, como cuando se integra en vehículos autónomos o robots en el espacio, ya que en muchas ocasiones tendrían que tomar decisiones por su cuenta en entornos aislados.
Si la IA pudiera integrarse directamente en el hardware en lugar de simplemente ejecutarse en el software, como suele hacer la IA, estas máquinas podrían funcionar de manera más eficiente, dicen los investigadores.
En el nuevo estudio, Ramanathan y su equipo construyeron una nueva pieza de hardware que se puede reprogramar según sea necesario a través de impulsos eléctricos.
Ramanathan cree que esta adaptabilidad permitiría que el dispositivo adquiera todas las características necesarias para construir una computadora inspirada en el cerebro. «Si queremos construir una computadora o máquina inspirada en el cerebro, entonces tendremos la oportunidad de programar, reprogramar y cambiar el chip continuamente», dice Ramanathan.
Pruebas de laboratorio del chip diseñado para imitar las estrategias de aprendizaje del cerebro humano. Universidad Purdue / Rebecca McElhoe.
Nuevo material
El hardware del chip es un pequeño dispositivo rectangular hecho de un material llamado niquelato de perovskita, que es muy sensible al hidrógeno.
La aplicación de impulsos eléctricos a diferentes voltajes permite que el dispositivo mezcle una concentración de iones de hidrógeno en el transcurso de nanosegundos, creando condiciones que los investigadores observaron podrían asignarse a funciones similares en el cerebro biológico.
Cuando el dispositivo tiene más hidrógeno cerca de su centro, por ejemplo, puede actuar como una neurona, una única célula nerviosa. Con menos hidrógeno en su lugar, el dispositivo actúa como una sinapsis, una conexión entre neuronas, que es lo que usa el cerebro para almacenar memoria en circuitos neuronales complejos.
Microred neuronal operativa
A través de simulaciones de los datos experimentales, los investigadores demostraron que la física interna de este dispositivo crea una estructura dinámica para una red neuronal artificial que puede reconocer de manera más eficiente los patrones y números en el electrocardiograma en comparación con la red estática.
Esta red neuronal integrada en el hardware del chip utiliza «computación de reserva», que replica espontáneamente cómo las diferentes partes del cerebro se comunican y transmiten información.
Los investigadores también demostraron que a medida que surgen nuevos problemas, esta red dinámica puede «elegir» qué circuitos son los más adecuados para resolver estos problemas.
Adaptable a semiconductores
Dado que el equipo pudo construir el dispositivo utilizando técnicas de fabricación estándar compatibles con semiconductores y operar el dispositivo a temperatura ambiente, Ramanathan cree que esta técnica puede ser fácilmente adoptada por la industria de semiconductores.
“Demostramos que este dispositivo es muy robusto”, explica Michael Park, otro de los investigadores.
“Después de programar el dispositivo durante un millón de ciclos, la reconfiguración de todas las funciones es notablemente reproducible”, agrega.
Los investigadores están trabajando para demostrar estos conceptos en chips de prueba a gran escala, que se utilizarían para construir una computadora inspirada en el cerebro.
Referencia
Electrónica de níquel perovskita reconfigurable para inteligencia artificial. Hai Tian Zhang et al. Science, 3 de febrero de 2022, Volumen 375, Número 6580, págs. 533-539. DOI: 10.1126 / ciencia.abj7943
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