¿Puede una computadora imitar el cerebro humano?

Muchas obras de ciencia ficción se crean con la idea de que las máquinas se volverán cada vez más humanas. Las máquinas que piensan, aprenden y toman decisiones de la misma manera que los humanos han sido objeto de temor especulativo, incluso cuando los científicos e ingenieros luchan por crearlas.

Si bien la singularidad apenas existe, queríamos profundizar en algunos desarrollos fascinantes en inteligencia artificial y aprendizaje automático.

Investigadores de la Universidad de Purdue están construyendo hardware inspirado en el cerebro para inteligencia artificial (IA) para ayudar a la IA a aprender con el tiempo. El objetivo del proyecto es hacer que la IA sea más portátil para que pueda usarse en entornos aislados, como robots espaciales o automóviles autónomos. Al incorporar AI directamente en el hardware en lugar de ejecutarlo como software, estas máquinas pueden funcionar de manera más eficiente.

Los ingenieros del MIT han diseñado un chip inspirado en el cerebro colocando decenas de miles de sinapsis cerebrales artificiales, o memristores, en un chip más pequeño que una hoja de confeti. Los memristores (transistores de memoria) son componentes basados ​​en silicio que imitan las sinapsis de transmisión de información del cerebro humano. Este llamado «cerebro en un chip» podría algún día integrarse en pequeños dispositivos portátiles de IA que puedan realizar tareas informáticas complejas que actualmente solo realizan las supercomputadoras.

Investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Hong Kong han desarrollado un dispositivo que imita el aprendizaje humano al imitar el cerebro humano. El dispositivo permite el aprendizaje asociativo a través de transistores sinápticos que procesan y almacenan información simultáneamente.

Aquí hay más detalles sobre estos tres proyectos destinados a hacer que las computadoras imiten el cerebro humano:

Proyecto Purdue

En un artículo publicado en la revista Science en febrero, los investigadores de la Universidad de Purdue explicaron cómo un chip de computadora podría reconfigurarse dinámicamente para recibir nuevos datos como un cerebro, lo que permite que la inteligencia artificial evolucione con el tiempo.

Para permitir el aprendizaje, el cerebro está constantemente formando nuevas conexiones entre las neuronas. Entonces, para construir una computadora o máquina inspirada en el cerebro, los circuitos en el chip de la computadora también deben cambiar. Sin embargo, los circuitos que una computadora ha estado usando a lo largo de los años son los mismos circuitos que se construyeron para la computadora en la fábrica.

Como resultado, los investigadores deben poder «programar, reprogramar y cambiar constantemente el chip», dijo Shriram Ramanathan, profesor de la Escuela de Ingeniería de Materiales de Purdue, cuyo trabajo consiste en descubrir cómo los materiales imitan al cerebro para mejorar la informática.

Ramanathan y su equipo construyeron un nuevo hardware que se puede reprogramar según sea necesario mediante pulsos eléctricos. La idea del equipo es que debido a que el dispositivo es adaptable, podrá asumir todas las funciones necesarias para construir una computadora inspirada en el cerebro humano.

«A través de simulaciones de datos experimentales, el equipo de colaboradores de Purdue en la Universidad de Santa Clara y la Universidad Estatal de Portland demostró que la física interna del dispositivo crea una estructura dinámica para redes neuronales artificiales que pueden identificar de manera más efectiva los patrones y números de ECG. Red estática», según a la Universidad de Purdue. «Esta red neuronal utiliza ‘computación de depósito’, que explica cómo las diferentes partes del cerebro se comunican y transmiten información».

El equipo ahora tiene como objetivo demostrar esto en chips de prueba a gran escala que podrían usarse para desarrollar computadoras inspiradas en el cerebro, dijeron los investigadores.

El «cerebro en un chip» del MIT

Los investigadores del MIT están trabajando para el día en que las personas ‘puedan llevar cerebros artificiales’ [that can work] No hay necesidad de conectarse a una supercomputadora, Internet o la nube», dijo un comunicado.

«Al igual que las sinapsis cerebrales, los memristores también pueden ‘recordar’ un valor asociado con una intensidad de corriente determinada y producir exactamente la misma señal la próxima vez que se reciba una corriente similar», afirma el comunicado. «Esto asegura que las respuestas a ecuaciones complejas o clasificaciones visuales de objetos sean confiables, hazañas que a menudo involucran múltiples transistores y capacitores».

En un artículo publicado en Nature Nanotechnology, los científicos explican cómo su chip inspirado en el cerebro recuerda una imagen en escala de grises del escudo del Capitán América (cada píxel emparejado con un memristor correspondiente en el chip) y reconstruye la misma imagen clara del escudo innumerables veces.

En el documento, los investigadores del MIT destacan el hecho de que su «cerebro en un chip» se puede utilizar para realizar tareas complejas en dispositivos móviles, tareas que actualmente solo manejan las supercomputadoras.

Dispositivo similar al cerebro simula el aprendizaje humano

Según un comunicado, los investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Hong Kong tomaron una página del libro del psicólogo ruso Ivan Pavlov, quien entrenó a los perros para que asociaran las campanas con la comida, entrenándolos para que Un dispositivo de computadora vincula la luz con el estrés. El estudio fue publicado en la revista Nature Communications.

El nuevo dispositivo imita el cerebro mediante el uso de «transistores sinápticos» electroquímicos para procesar y almacenar información simultáneamente, afirma el comunicado. «Estas sinapsis permiten que el cerebro funcione de una manera altamente paralela, tolerante a fallas y energéticamente eficiente», afirma la declaración. Los transistores de plástico orgánico del dispositivo funcionan de la misma manera que las sinapsis biológicas.

«Con sus capacidades similares al cerebro, los nuevos transistores y circuitos pueden superar las limitaciones de la informática tradicional, incluido su hardware que consume mucha energía y su capacidad limitada para realizar múltiples tareas simultáneamente. Los dispositivos similares al cerebro también tienen una mayor tolerancia a fallas. , que continúa funcionando sin problemas incluso cuando fallan algunos componentes”.

En los sistemas informáticos actuales, la memoria y la lógica están físicamente separadas; sin embargo, la combinación de estas funciones ahorrará espacio y reducirá los costos de energía. Los polímeros blandos similares al plástico para nuevos dispositivos informáticos permitirán a los investigadores integrarlos en robots inteligentes, dispositivos electrónicos portátiles e incluso dispositivos implantados en el cuerpo humano.

En conclusión

Si bien el levantamiento robótico permanece firmemente en el ámbito de la ciencia ficción, estos avances son solo algunas de las formas en que los científicos están trabajando para replicar la maquinaria biológica del cerebro, y algún día podrían conducir a computadoras que funcionen como el cerebro humano.