El cerebro humano ha inspirado a un grupo de científicos para crear una nueva arquitectura informática que supera muchas limitaciones de los sistemas actuales: es más rápida, eficiente y alcanza un nivel de flexibilidad y capacidad de adaptación comparable al obtenido por nuestro cerebro.
Una nueva arquitectura informática inspirada en el cerebro humano, desarrollada por un equipo internacional de investigadores, utiliza el funcionamiento de una molécula para aumentar aún más la toma de decisiones ultrarrápidas en los ordenadores y ganar flexibilidad, recordando a la plasticidad de las neuronas en el cerebro.
De acuerdo a una nota de prensa de la Universidad de Limerick, en Irlanda, uno de los centros académicos que formó parte de la investigación, el avance crea un nuevo tipo de arquitectura informática con un considerable ahorro de tiempo y energía, que podría tener importantes implicaciones en áreas que van desde la toma de decisiones financieras hasta la bioinformática.
La molécula que inspiró a los científicos utiliza la asimetría natural en sus enlaces metal-orgánicos para cambiar velozmente entre diferentes estados, lo que le permite tomar decisiones ultrarrápidas. En el nuevo dispositivo, todo se hace en un solo lugar, por lo que no hay necesidad de seguir leyendo o moviendo información
El nuevo circuito informático-molecular se basa en que la unidad de procesamiento por ordenador ya no tiene que buscar datos en la memoria para cada operación que realiza: esta integración y simultaneidad ahorra enormemente en tiempo y costos de energía. El estudio sobre el cual se basa esta innovación fue publicado recientemente en la revista Nature.
Buscando imitar la plasticidad cerebral
Los investigadores comenzaron su trabajo reconociendo que las redes sinápticas entre las neuronas del neocórtex incorporan intrincadas estructuras lógicas que permiten una toma de decisiones sofisticada y extremadamente veloz, que supera ampliamente a cualquier análogo electrónico artificial.
Además, la red neuronal en el cerebro humano se puede reconfigurar dinámicamente, proporcionando flexibilidad y adaptabilidad a entornos cambiantes: esta característica no ha podido ser alcanzada aún por las redes artificiales y los sistemas informáticos. No es extraño, entonces, que muchos avances en estas áreas se logren a partir de desarrollos inspirados en el cerebro humano.
En la nueva investigación, los científicos descubrieron que una molécula simple hecha de solo 77 átomos puede ser utilizada para crear una arquitectura informática que no solamente es más veloz y económica: también puede obtener un nivel de flexibilidad que recuerda a la plasticidad neuronal que caracteriza a nuestro cerebro.
Dejar atrás el «cuello de botella»
De esta manera, la innovación estaría superando el denominado cuello de botella de Von Neumann. Se trata de una limitación en el procesamiento informático como consecuencia de las arquitecturas informáticas que se emplean en la actualidad. En las mismas, los datos, aplicaciones y programas que se encuentran en la memoria están físicamente separados del procesador.
Debido a esto, los ordenadores deben dedicar una cantidad significativa de tiempo al transporte de información entre ambo sistemas (memoria y procesador). Es entonces cuando se genera un «cuello de botella», ya que aunque disponga de grandes velocidades de procesamiento, el ordenador debe perder mucho tiempo en integrar los datos de la memoria con el procesador, permaneciendo inactivo para otros fines durante ese período.
La innovación basada en el funcionamiento de una molécula e inspirada en el cerebro humano supera esta limitación, integrando memoria y procesamiento. Incluso, los científicos demostraron experimentalmente que su dispositivo era capaz de efectuar cálculos complejos en un único paso o fragmento de tiempo, para posteriormente reprogramarse y realizar otra tarea de forma inmediata.
Los investigadores han explorado una solución basada en moléculas orgánicas, que últimamente se están utilizando para crear dispositivos que puedan superar el cuello de botella de Von Neumann, una condición que los sistemas tradicionales y otras opciones no pueden lograr con cierta eficacia.
Ahora, este tipo de desarrollos promete la creación de dispositivos informáticos ultrarrápidos y con una increíble flexibilidad para llevar adelante múltiples tareas y adaptarse a los cambios, casi al mismo nivel que muestra el siempre sorprendente cerebro humano.
Decision Trees within a Molecular Memristor. Sreetosh Goswami, Rajib Pramanick, Abhijeet Patra, Santi Prasad Rath, Martin Foltin, Ariando Ariando, Damien Thompson, T. Venkatesan, Sreebrata Goswami and R. Stanley Williams. Nature (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03748-0 ;Pablo Javier Placente / Tendencias21
Foto: Gerd Altmann en Pixabay
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