Foto: Este circuito puede aprender a reconocer patrones en blanco y negro sencillos gracias a dispositivos llamados memristores colocados en cada punto en el que se cruzan dos cables.

Los memristores son unos exóticos dispositivos electrónicos cuya existencia se confirmó en 2008 y que se han usado para crear un chip que toma prestados apuntes de diseño del cerebro. Este prototipo de chip no ha aprendido a hacer nada más complejo que reconocer patrones en blanco y negro extremadamente sencillos. Pero versiones más grandes y complejas podrían mejorar la capacidad de los ordenadores para comprender el lenguaje hablado, las imágenes y el mundo que los rodea.

Los circuitos del chip, creados por investigadores en la Universidad de California en Santa Bárbara y la Universidad Stony Brook (EEUU ambas), procesan datos no sólo mediante circuitos digitales lógicos, sino con elementos que imitan, de forma simplificada, las neuronas y sinapsis de los cerebros biológicos. Cuando una red de este tipo se ve expuesta a nuevos datos, "aprende" mientras las sinapsis que conectan las neuronas ajustan la influencia de las neuronas entre ellas.

Hace tiempo que existen versiones en software de redes neuronales artificiales y las más grandes acaban de producir avances en el reconocimiento facial y del habla en empresas como Google y Facebook (ver Aprendizaje profundo). Pero este tipo de redes neuronales son una carga para los ordenadores convencionales. Un experimento de Google en el que una gran red neuronal aprendió a reconocer gatos en imágenes de YouTube, se ejecutó en 16.000 procesadores durante tres días. Construir una red neuronal física mediante un chip podría hacer que este tipo de procesado de información sea mucho más eficiente y práctico. Este tipo de chips podrían servir para que los robots móviles, por ejemplo, fueran mucho más inteligentes.

Ya se han creado chips inspirados en el cerebro, "chips neuromórficos", e IBM está intentando comercializarlos (ver Los chips neuromórficos tendrán una inteligencia alienígena). Por regla general usan los mismos transistores de silicio y circuitos digitales que componen los procesadores de ordenador normales. Pero esos componentes digitales no están adaptados a imitar sinapsis, afirma el profesor adjunto de la Universidad de California que ha dirigido el trabajo sobre el nuevo chip memristor, Dmitri Strukov. Hacen falta muchos transistores y circuitos digitales para representar una única sinapsis. En comparación, cada una del centenar de sinapsis del chip de la Universidad de California se representa usando un único memristor.

"Una sinapsis biológica es un dispositivo de memoria analógico y no hay una buena forma de poner eso en práctica de forma compacta y eficiente en términos de energía con la tecnología convencional", afirma Strukov. "Los memristores son, en sí mismos, un dispositivo de memoria analógico, es una pareja perfecta".

El nuevo chip se describe hoy en un artículo en la revista Nature. En un comentario relacionado con este trabajo, el profesor adjunto de la Universidad de Tecnología de Graz (Austria), Robert Legenstein, ha escrito: "Si este diseño se puede escalar para crear redes grandes, afectará al futuro de la computación... Portátiles, móviles y robots podrían incluir chips neuromórficos de bajísimo consumo capaces de procesar información visual, auditiva y de otro tipo".

El memristor lo predijo matemáticamente en 1971 el profesor de electrónica de la Universidad de California en Berkeley (EEUU) Leon Chua. Su "descubrimiento" se declaró en 2008, cuando investigadores de Hewlett-Packard (HP), entre los que se contaba Strukov, crearon dispositivos sencillos cuya resistencia eléctrica codificaba una especie de memoria de la corriente que habían experimentado antes, justo la propiedad predicha por Chua. Inmediatamente se consideró que los dispositivos tenían el potencial para usarse para almacenar una mayor densidad de datos y para hacer redes neuronales en forma de hardware.

HP y el fabricante de memoria SK Hynix empezaron a comercializar el almacenamiento de datos mediante memristores en 2010. HP apuesta por que la tecnología permita redefinir radicalmente la arquitectura básica de los ordenadores (ver La máquina de los sueños de HP). Pero hasta ahora, nadie había creado un chip de red neuronal construido exclusivamente con memristores, según Strukov. Su grupo ha desarrollado formas de controlar el proceso de producir memristores para producir dispositivos más fiables que los que se han hecho hasta la fecha, afirma.

El chip sencillo del grupo de la Universidad de California en Santa Bárbara sólo es una demostración de concepto, pero los investigadores creen que sus técnicas se pueden escalar para crear dispositivos más grandes y potentes. Strukov explica que a la tecnología podría echarle una mano los esfuerzos de otras empresas como HP y SK Hynix por comercializar memristores para el almacenamiento de datos.