Los cerebros positrónicos se harán realidad… pero serán "memristóricos"

Antes de empezar: positrónicos hace referencia a la ciencia ficción de Asimov. Y sí, la palabra memristóricos no existe… pero es cuestión de décadas 😉

La diferencia fundamental entre los ordenadores digitales (hardware) y los cerebros biológicos (wetware) está en la forma de procesar información: unos se basan en cálculos secuenciales pero muy rápidos, mientras que la Naturaleza encontró el camino del paralelismo masivo. Masivo y eficiente energéticamente a niveles que la más moderna tecnología de transistores semiconductores no puede igualar ni de lejos.

Pero el descubrimiento de un nuevo elemento circuital, el memristor, abrió un mundo nuevo de posibilidades, que ahora empieza a concretarse en proyectos muy prometedores. El memristor, formulado teóricamente y bautizado por Leon Chua en 1971, no se concretó en ningún dispositivo físicamente plausible hasta 2008, gracias a un descubrimiento de HP (noticia del descubrimiento).

Quien esté familiarizado con electricidad o electrónica, seguro que conoce los tres elementos pasivos básicos: resistor (o resistencia), capacitor (o condensador) e inductor (o inductancia). Todos estos son muy bien conocidos y se enseñan en todas las escuelas de ingeniería.

El símbolo eléctrico del memristor es el que aparece a la derecha, y estoy seguro de que nadie lo había visto jamás usado en ningún circuito electrónico, debido a su juventud (excluyendo a quienes se dediquen a la investigación en electrónica, ¡claro!).

¿Qué tiene de especial este componente que lo hizo tan evasivo durante 40 años desde su predicción? Pues unas propiedades muy, muy diferentes de las que estamos acostumbrados en los tres componentes pasivos «clásicos». Es un componente de dos terminales cuya resistencia varía de acuerdo al historial de voltajes que se le ha aplicado. Pero, ojo: su estado se mantiene, indefinidamente, ¡aún en ausencia de alimentación, sin baterías ni fuente de energía alguna! Es decir, se trata de una resistencia (-resistor) con memoria (mem-).

Si alguien está interesado, uno de los descubridores en HP resume en este vídeo cómo lo encontraron por casualidad cuando dieron con algo para lo que no había modelo alguno que encajase:

Obviamente, las implementaciones de memristores no son tan ideales como dije arriba: pierden la «memoria» lentamente. Pero se acercan bastante al ideal. Dependiendo del material, pueden durar horas… o siglos.

Desde el día de su descubrimiento se empezó a llamar la atención sobre el hecho de que se parecían a algo muy interesante: las neuronas biológicas. Salvando las distancias, un memristor puede «cargarse» y «descargarse», equivalentes de refuerzos sinápticos positivos y negativos. Y el hecho de que no necesiten alimentación y que se puedan construir tan miniaturizados (ya se puede construir un equivalente de «neurona artificial» es una área de 0.1 x 0.1 mm) son otros alicientes.

Como se ilustra abajo, las nuevas arquitecturas que actualmente están en desarrollo en HP se basan en la idea de los multicores de las CPU modernas. Pero en lugar de 4 u 8 cores, aquí se habla de cientos de núcleos. Y cada núcleo contendrá una densa malla de millones de memristores: una verdadera red neuronal artificial.

Como curiosidad, al igual que las sinapsis biológicas, los memristores (al menos hoy día) tienen una alta tasa de fallos, aunque probablemente esto se mejore en el futuro.

Hasta aquí sobre los memristores en sí y los nuevos computadores basados en ellos. Ahora bien, se ha iniciado un proyecto, llamado MoNETA, que pretende crear una inteligencia artificial (IA) de propósito general del tipo de los mamíferos, usando tecnología memristórica. Al ente así construido se le llama animat.

Al contrario del método tradicional en IA, el animat no se programará: se diseñará para que él solo aprenda a coordinar sus «sentidos» y sus «músculos».

El objetivo que se han propuesto estos investigadores es que el animat supere una prueba típica que se aplica a ratones: nadar en un recipiente dónde señales luminosas dan pistas de dónde «hay tierra» para que el ratón nade hasta allí. Además, pretenden que el animat corra, busque alimento y en general, se comporte como un animal, aún sin haberle programado nada de eso.

Como apunte final, decir que este empuje investigador hacia alternativas a los transistores tradicionales viene dado por la predicción de que al ritmo actual de miniaturización, para 2018 se llegará a transistores de 12nm (¡sólo 120 átomos de largo!) y entonces muchos chips empezarán a fallar porque se está muy cerca del límite que imponen los átomos.