Un equipo de investigación de NIMS – Universidad de Ciencias de Tokio ha desarrollado un dispositivo de inteligencia artificial con alto rendimiento en el procesamiento de información. Esto se logró recreando el llamado estado de “caos de borde” que ocurre en el cerebro usando la dinámica acoplada de iones y electrones enInterfaz de electrolito sólido/diamante. La tecnología se puede utilizar para desarrollar dispositivos de inteligencia artificial de alta eficiencia energética con una amplia gama de aplicaciones, incluido el reconocimiento de patrones en imágenes (incluido el reconocimiento facial), sonidos y olores.

El cerebro humano es más eficiente energéticamente que las computadoras utilizadas en las tecnologías de IA actuales y supera el procesamiento de la información. Una posible razón de esto es que el estado de “caos de borde” que ocurre en el cerebro no se ha incorporado a las computadoras. Se han realizado intentos para desarrollar dispositivos capaces de recrear el estado de caos extremo mediante la fabricación de circuitos integrados a gran escala que consisten en muchos dispositivos en miniatura. Sin embargo, el desarrollo de estos circuitos en la práctica ha demostrado ser un desafío y su rendimiento solo se ha estimado a través de simulaciones.

Este equipo de investigación desarrolló recientemente un dispositivo de inteligencia artificial con un alto rendimiento de procesamiento de información mediante la reproducción de un estado de borde caótico en el cerebro utilizando dinámicas de acoplamiento de iones y electrones en una interfaz de electrolito sólido de iones de litio conductora de película delgada/delgada como un diamante. Este dispositivo funciona de la misma manera que un transistor eléctrico de doble capa en el sentido de que su resistencia eléctrica cambia a medida que cambian los estados de carga/descarga de la doble capa eléctrica. El dispositivo es capaz de inducir un estado de borde caótico, lo que le permite producir respuestas eléctricas con patrones de elevación y relajación similares a los de las respuestas sinápticas en el cerebro (Fig.) y procesar la información de manera eficiente. Como resultado, este dispositivo de IA pudo convertir señales de entrada de forma de onda en señales en una forma de onda diferente con una precisión seis veces mayor que otros dispositivos de IA pequeños similares, logrando el rendimiento más alto del mundo en esta tarea.

Esta investigación demostró que se puede lograr un procesamiento de información similar al del cerebro al recrear el estado de borde caótico del cerebro en una doble capa eléctrica de unos pocos nm de espesor en una interfaz de electrolito/diamante sólido de película delgada. Esta nueva nanotecnología puede ser aplicable en el desarrollo de pequeños dispositivos de IA prácticos y de alto rendimiento. Estos podrían incluir dispositivos avanzados de bajo consumo de energía que se pueden combinar con varios sensores para crear relojes inteligentes, cámaras de seguridad, sistemas de reconocimiento de voz y otras tecnologías con una amplia gama de aplicaciones (como medicina, preparación para desastres, fabricación y seguridad).

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Esta investigación fue publicada en la edición del 14 de diciembre de 2022 de Avances de la ciencia (DOI: 10.1126/sciadv.ade1156).