NOMFET: Un transistor que imita neuronas

Un equipo de investigación francés, compuesto por especialistas del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) y de la CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique), ha creado el primer  transistor orgánico capaz de imitar el funcionamiento de las neuronas. El dispositivo, que podría ser el primer paso para construir una nueva generación de ordenadores capaces de responder de una manera similar a la del cerebro humano, basa su funcionamiento en una propiedad neuronal llamada plasticidad, que le permite “aprender” de los estímulos externos que recibe.

Un grupo de científicos franceses ha creado el primer transistor orgánico capaz de comportarse de una forma parecida a la de una neurona biológica. En efecto, mientras que los transistores convencionales se comportan básicamente como llaves que permiten o no el paso de una señal, o como “amplificadores” cuya intensidad de salida depende de la de entrada, los nuevos dispositivos pueden modificar su comportamiento en función de los estímulos que recibe. Construidos a partir de nanoparticulas de oro y  moléculas de pentaceno, los nuevos NOMFET (Nanoparticle Organic Memory Field-Effect Transistor) basan su funcionamiento en una propiedad neuronal llamada plasticidad, que modula la percepción de los estímulos con el medio. El equipo a cargo del desarrollo está formado por especialistas pertenecientes al CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) y a la CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique) de Francia. “Básicamente, hemos demostrado que las cargas eléctricas que fluyen a través de una mezcla de un semiconductor orgánico y nanopartículas metálicas pueden comportarse de la misma manera que los neurotransmisores que se desplazan a través de una conexión sináptica en el cerebro”, explica  Vuillaume Dominique, director de investigación del CNRS y del Grupo de Dispositivos y Nanoestructuras Moleculares del IEMN (Institute for Electronics Microelectronics and Nanotechnology).

Sus creadores suponen que el NOMFET podría dar paso a una nueva generación de ordenadores cuyo funcionamiento -en lugar de basarse en ceros y unos- funcione de forma similar a la de nuestro cerebro. El dispositivo imita la forma en la que los sistemas biológicos operan para crear nuevos “circuitos”, según puede leerse en el estudio publicado en la revista Advanced Functional Materials. El secreto de su funcionamiento reside en las nanopartículas de oro recubiertas con pentaceno, materiales que juntos poseen una propiedad especial que le permite al NOMFET simular las funciones de las sinapsis. El proceso de comunicación entre dos neuronas mediante la transmisión de impulsos eléctricos se denomina plasticidad, y puede verse como una especie de “efecto memoria”. Esta característica es la que permite a una neurona biológica  “aprender” a asociar un estimulo que recibe con un estado particular de la salida. A medida que el proceso se repite una y otra vez, la neurona va optimizando su funcionamiento y cada vez es más eficiente  generar una respuesta frente a  un estímulo que ya conoce.

En realidad, el nuevo NOMFET no hace nada que un circuito electrónico más complejo no pueda hacer, sino que la innovación reside en que un solo componente hace todo el trabajo. Hasta ahora, para imitar esta plasticidad, eran necesarios siete transistores CMOS (“complementary metal-oxide-semiconductor”), una de las tecnologías utilizadas masivamente para fabricar microprocesadores y memorias. Cuando se convierta en un dispositivo practico y disponible en grandes cantidades, el nuevo transistor orgánico permitirá construir una revolucionaria generación de ordenadores cuyo modo de funcionamiento se parecerá mucho al de un cerebro vivo. Estas verdaderas “redes neuronales” basadas en los NOMFET podrán resolver problemas que a los ordenadores de silicio históricamente les han resultado difíciles de abordar, como el reconocimiento de imágenes o del habla humana.

Dominique explica que el cerebro humano contiene 10,000 veces más sinapsis que neuronas, lo que significa que si los científicos quieren desarrollar circuitos capaces de imitar el trabajo de nuestro cerebro necesitan desarrollar un dispositivo a nanoescala con un consumo de energía tan bajo como el de una sinapsis. “Esto ha impulsado la investigación de los dispositivos sinápticos a nanoescala”, señala Vuillaume. “De hecho, ya hemos desarrollado redes neuronales y las hemos utilizado en algunas aplicaciones. Sin embargo, aunque los chips de silicio basados en CMOS se han diseñado y fabricado para emular el comportamiento del cerebro, este enfoque es limitado debido a que son necesarios varios transistores de silicio -al menos siete- para construir una sinapsis electrónica. En este caso, hicimos lo mismo con un único dispositivo”, concluye. El especialista cree que el NOMFET puede  “conducirnos a sistemas tan flexibles que puedan ser programados mediante el  aprendizaje”. Si está en lo cierto, tu próximo ordenador quizás deba ser “educado” convenientemente antes de que lo puedas usar.