Ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst han logrado un gran avance con el desarrollo de una neurona artificial que refleja la actividad eléctrica de las células cerebrales naturales. Este avance se basa en investigaciones anteriores que utilizan nanocables de proteínas derivados de bacterias productoras de electricidad. El equipo dice que su innovación podría conducir a computadoras que operen con la eficiencia de los sistemas biológicos, creando potencialmente interfaces que se conecten perfectamente al tejido humano.
Shuai Fu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática y autor principal del estudio publicado en comunicación de la naturalezadestacó las asombrosas capacidades de procesamiento de datos del cerebro humano, que utiliza muy poca energía. Por el contrario, los modelos informáticos modernos, como los modelos de lenguajes grandes como ChatGPT, requieren mucha más energía eléctrica para tareas similares.
La eficiencia del cuerpo humano es particularmente impresionante; su rendimiento eléctrico supera en más de cien veces el de los circuitos informáticos convencionales. El cerebro mismo contiene miles de millones de neuronas que facilitan la transmisión de señales eléctricas por todo el cuerpo. Por ejemplo, escribir historias por sí solo utiliza sólo unos 20 vatios en el cerebro humano, mientras que un modelo de lenguaje de gran tamaño requiere más de un megavatio para realizar la misma función.
Tradicionalmente, crear neuronas artificiales que puedan replicar esta eficiencia energética ha sido un desafío, especialmente al igualar los niveles de bajo voltaje de las neuronas biológicas. Los diseños anteriores de neuronas artificiales consumían diez veces más voltaje y cien veces más corriente que la neurona recién desarrollada. Jun Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la UMass Amherst y autor principal del artículo, señaló que la nueva neurona opera a sólo 0,1 voltios, lo que coincide mucho con el voltaje utilizado por las neuronas naturales.
Las implicaciones de la innovación de Fu y Yao son enormes e incluyen un cambio hacia diseños de computadoras bioinspirados que priorizan la eficiencia energética y el desarrollo de dispositivos electrónicos capaces de interactuar directamente con la biología humana. Yao comentó sobre el estado actual de los sistemas electrónicos portátiles de detección, que tienden a ser voluminosos e ineficientes. Muchos de estos dispositivos amplifican las señales recibidas del cuerpo para hacerlas adecuadas para el análisis por computadora, un proceso que aumenta tanto el consumo de energía como la complejidad del circuito. Sin embargo, los sensores desarrollados utilizando neuronas de bajo voltaje recientemente diseñadas podrían eliminar la necesidad de dicha amplificación.
La parte más destacada de la neurona de baja potencia es el nanocable proteico, que se obtiene de las propiedades únicas de la bacteria. Geobacter sulfurreducensconocido por su capacidad para generar electricidad. Yao y sus colegas han utilizado previamente estos nanocables de proteínas para crear una variedad de dispositivos altamente eficientes, incluida una biopelícula que genera energía a partir del sudor, una «nariz electrónica» diseñada para detectar enfermedades y dispositivos que pueden recolectar energía de fuentes ambientales.
Esta innovadora investigación recibió el apoyo de varias instituciones notables, incluida la Oficina de Investigación del Ejército, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Alfred P. Sloan, lo que subraya el impacto potencial y la importancia de estos avances en bioelectrónica e informática.
