Ingeniería Neuromórfica

Ingeniería Neuromórfica: los computadores del futuro

El hombre siempre quiere ir más allá, se desafía constantemente en la búsqueda de la mejor tecnología para superarse a sí mismo. En 1980 un científico visionario ya hablaba de la Ingeniería Neuromórfica y en nuestros días ya se han creado chips que detectan olores. Con esta ciencia se quiere llegar a imitar el sistema nervioso del cerebro humano.

¿Qué es la Ingeniería Neuromórfica?

Ingeniería Neuromórfica, también conocida como cómputo neuromórfico, es un concepto desarrollado por Carved Mead, a finales de 1980, explicando el uso del sistema de integración a muy gran escala que contienen circuitos analógicos para imitar estructuras neurobiológicas ubicadas en el sistema nervioso. En fechas más recientes, el término neuromórfico ha sido utilizado para describir software analógico, digital, y pseudo analógico-digital VLSI que implementa modelos de sistemas neuronales (para percepción, control motriz o integración multisensorial)” (según Wikipedia).

En síntesis, lo que busca la Ingeniería Neuromórfica es replicar el funcionamiento del sistema nervioso humano, con el fin de resolver problemas complejos en tiempo real y con una mayor eficiencia energética.

La Neurotecnología y la Neurociencia son disciplinas que anhelan replicar el funcionamiento del cerebro humano. Se plantean desarrollar una tecnología que sea capaz de poner en tela de juicio si el sistema nervioso es artificial. Es un nuevo resurgir de la Inteligencia Artificial, término acuñado en el año 1956.

Para ello deben colaborar muchas áreas, de lo contrario, es algo inabarcable, ya que la complejidad impera en cada uno de sus rincones, al igual que en el cerebro. Miles de millones de neuronas, impulsos eléctricos, codificación de impulsos, procesamiento de la información…la Ingeniería Neuromórfica quiere aportar su granito de arena. Esta ciencia combina las matemáticas, la informática y la física, iniciada a finales de los 80 con Carved Mead. También engloba conceptos de biología e ingeniería electrónica.

El aporte que esta ciencia quiere hacer es sobretodo, en la resolución de problemas complejos en tiempo real y en la mejora de la eficiencia energética.

El profesor de investigación del CSIC, Bernabé Linares-Barranco, explica que el cerebro está diseñado de tal forma que minimiza la cantidad de impulsos necesarios para acometer una función. Tiene muy optimizado cómo codifica la información y la cantidad de señales que requiere para enviarla.

“Cada fibra nerviosa y cada neurona cuenta con su propio metabolismo y consumo. Aun así, en condiciones normales, el cerebro consume entre 10 y 20 vatios, una cifra todavía alejada para la computación neuromórfica”, precisa.

En un problema similar se encuentra el tratamiento de la información.Teresa Serrano, investigadora del CSIC, señala que “hace falta un hardware que procese en tiempo real todos los cambios”. Para ella el mejor ejemplo es el de una imagen.

“En el caso de un ordenador convencional, el procesamiento de datos lo hace por secuencias, como la cámara. La neuromórfica busca ese tiempo real. Da un salto en la interpretación de los impulsos. Ya sea en robótica o cualquier otra disciplina, necesitas un chip con estas capacidades para ir más lejos que con la computación clásica”, sostiene.

A finales del año 2017, INTEL dio a conocer Loihi, un chip neuromórfico capaz de aprender, gracias a las 130.000 neuronas artificiales que lo componen. Al comunicarse unas con otras crea una red muy similar a la tejida por el propio cerebro humano. Esta es una de las compañías que con más fuerza ha apostado por esta tecnología.

El último avance en esta tecnología ha venido de investigadores de la Universidad Cornell y de la plataforma de Intel Pohoiki Springs, que integra 768 chips y unos 100 millones de neuronas.

Lo más reciente que se ha sabido, la semana pasada, publicaron un estudio en el que demostraban la capacidad de este hardware para detectar sustancias químicas peligrosas a través del olfato.

Los investigadores aseguran que aprendió rápidamente la representación neuronal de cada uno de los olores y los reconoció todos, incluso en un contexto de bloqueo considerable.

El experto Linares-Barranco explica que esto es posible debido a que el sistema se basa en ocho sensores orgánicos, como sucede con los tres colores primarios, que componen toda la paleta, donde cada uno es sensible a una unidad básica de olor.

Agrega,“cuando llega un olor concreto, cada una se estimula hasta un nivel, lo codifica como impulsos y este tren de impulsos lo procesa el chip Loihi para reconocer el patrón de la combinación”.

¿En qué se aplica la Ingeniería Neuromórfica?

En este momento ya se está aplicando, pero los especialistas tienen ambiciones a largo y corto plazo, ya que es una tecnología que cambiará el futuro. Las aplicaciones de esta tecnología en el mundo real son muy numerosas y sobretodo importantes, ya que tendrán un impacto directo en nuestra vida.

Ingeniería Neuromórfica

Según los especialistas, esta ciencia tiene una amplia variedad de aplicaciones. Como por ejemplo, los médicos podrían diagnosticar enfermedades, el personal de seguridad aeroportuaria podría detectar armas y explosivos,  la policía y control de fronteras podría localizar e incautar más fácilmente sustancias narcóticas, además, para crear detectores de humo y monóxido de carbono más eficaces para los hogares.

Mike Davies, director del laboratorio de computación neuromórfica de INTEL, vaticina que “las propiedades del sistema olfativo comparten un gran parecido con las propiedades de otras regiones del cerebro, como el hipocampo. Es decir, es factible que con la neuromórfica, gracias a este avance, podamos atender problemas generales de la memoria asociativa de alta dimensión”.

Un ejemplo de esta tecnología, son las narices electrónicas, ya utilizadas en el sector de la perfumería para crear nuevas fragancias e incluso para desechar ciertos olores.

En 2004 la NASA inventó su propia nariz electrónica, para detectar los niveles de amoníaco cuando alcanzaban límites  peligrosos para los astronautas o para predecir un fuego.

Como es inteligencia artificial, tiene sus problemas, en este caso, le cuesta replicar el funcionamiento del sistema nervioso, ya que no tiene la inteligencia que se le presupone al ser humano. Por el momento, solo identifica las sustancias que tiene preestablecidas, porque es incapaz  de interpretar la información que recopila.

Lo que sí podemos asegurar, que la Ingeniería Neuromórfica tiene un futuro muy alentador, ya que cada vez está más cerca de su sueño anhelado, pero aún con un largo camino por recorrer, pero desde ya con resultados prometedores.

Estos resultados se han visto en: prótesis de retina para invidentes, implantes cocleares para personas con deficiencias auditivas o sistemas robóticos de conducción automática.

En la actualidad, están desarrollando el proyecto “Human Brain Proyect”, dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (Suiza) y financiado por la Comisión Europea. Donde participan cientos de investigadores de 26 países, entre los que se encuentra España.

El objetivo de este proyecto es simular de forma detallada el comportamiento del cerebro humano en supercomputadores, para comprender su funcionamiento y usar este conocimiento para desarrollar computadores neuromórficos, como un objetivo ambicioso.

Existe otro grupo de investigadores Neuromórfico, del Instituto de Microelectrónica de Sevilla, quienes han estado desde el año 1992 implementando sistemas electrónicos bio-inspirados, con una amplia experiencia en distintos tipos de circuitos, como por ejemplo, categorizados neuronales, retinas de silicio, chips de convolución, sistemas de sensado y procesamiento de visión utilizando microchips neuromórficos.

Es muy interesante el campo de acción de esta ciencia, y más aún, la visión a futuro que proyecta. Aún queda mucho por esperar de esta tecnología.


Fuentes utilizadas en este artículo:

https://elpais.com/tecnologia/2020-04-13/chips-que-detectan-olores-o-como-la-tecnologia-intenta-imitar-el-funcionamiento-del-cerebro.html

https://www.eldiario.es/andalucia/lacuadraturadelcirculo/Ingenieria-neuromorfica-imitando-cerebro_6_299630046.html

https://www.xataka.com/investigacion/ingenieria-neuromorfica-que-sirve-como-puede-salvarnos-vida-chip-intel-que-capaz-oler


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