Cerebros positrónicos

 

Siempre me ha fascinado el concepto de “cerebro positrónico” inventado por Isaac Asimov y la consiguiente pregunta de si sería posible su existencia o no. Por ello, quería incluir en el blog alguna entrada al respecto, pero el mundo de la inteligencia artificial  me es bastante  ajeno, así que sería un poco osado  atreverme a cuestionar si el fundamento de su invento tiene sentido. Así, tomé mi desconocimiento como excusa para investigar un poco el tema y encontré en la red información tremendamente interesante en la que sin duda merece la pena indagar, y que debe, a mi juicio, ser compartida para despertar en otros al menos el mismo interés que en mí suscitó.

En el cerebro positrónico del que disponen los robots de Asimov, constituido por una malla de platino e iridio, los impulsos cerebrales tienen lugar mediante el flujo de positrones y son semejantes a la comunicación entre neuronas que ocurre en el cerebro humano. Los positrones o antielectrones son antipartículas (parte de la antimateria) con la misma masa y cantidad de carga que un electrón, pero con carga opuesta. Resulta difícil imaginar que la interacción de la materia de la malla y los positrones pueda ocurrir sin “aniquilación”, es decir, sin, por ejemplo, transformaciones que generen fotones de alta energía (rayos gamma) y otros pares partícula-antipartícula que parecen incompatibles ya no con el funcionamiento, sino con la estabilidad y existencia del supuesto cerebro.

No obstante, una tecnología relativamente reciente tiene un parecido asombroso con la ideada por Asimov. Se trata del “memristor”, también llamado “cuarto elemento circuital” (junto a resistencias, capacitancias e inductancias). Lo que hace tan “especial” a este componente de dos terminales, es que la resistencia varía de acuerdo al historial de voltajes que se le ha aplicado, y su estado se mantiene incluso en ausencia de alimentación/fuente de energía. Es decir, es una resistencia con memoria porque “recuerda” los niveles de voltaje previos para repetirlos más tarde. Dicha memoria se pierde al cabo de minutos u horas en los dispositivos ensayados hasta ahora, pero apenas se ha comenzado a experimentar con esta nueva tecnología.

El dispositivo es una matriz de cables (conductores) entre cuyos pares de conductores hay interruptores. En la siguiente figura se muestra dicha matriz, que recuerda a la “malla” de los cerebros positrónicos.

 

Se puede abrir o cerrar cualquier interruptor cambiando la conexión de la fuente. Al parecer, al cerrar algunos de estos interruptores se puede programar la matriz para que contenga gran cantidad de información. La dificultad para los investigadores hasta ahora consistía en buscar interruptores (situado entre dos conductores) a escala nanométrica que variara la altura del material que lo compone, ya que esta es proporcional a su resistencia. Así, el cubo de material que constituye el interruptor cambia en 100 veces su resistencia si se varía su altura en 3 nm. De esta forma, los memristores se “cargan” y “descargan”, proceso análogo a la sinapsis de las neuronas biológicas.

Aunque en 1971, Lean Chua desarrolló la teoría en la que se basan estos dispositivos, no fue hasta 2008 que Hewlett Packard los “materializó”. En el siguiente vídeo uno de los ingenieros encargados del proyecto, R. Stanley Williams, describe en tan sólo seis minutos el funcionamiento de un memristor:

Encontrar el material capaz de constituir un interruptor con estas características supuso un verdadero reto, y después de experimentar con platino e interruptores moleculares dieron con la solución. Se trata de dos sustratos de platino puro (dos electrodos, arriba y abajo) y dos capas de óxido de titanio, una de ellas de óxido con deficiencia de átomos de oxígeno. La “falta” de oxígeno, supone ausencias (huecos) de cargas negativas que se comportan como positivas, y en las proximidades del electrodo cargado positivamente “migran” al otro extremo del dispositivo. Así, el espesor de una de las capas de óxido aumenta a expensas de la otra capa. Al colocar voltaje negativo en el mismo electrodo se invierte el proceso y se aumentaría el espesor de la capa de óxido que antes lo disminuía. En la siguiente figura se representa lo explicado anteriormente. La línea azul es la “frontera” entre las dos capas de óxido antes de la migración de cargas positivas y la línea roja representa la misma después del proceso.
 

Algo tan “simple” como la dinámica de cargas que nos permite usar pilas o desalar el agua del mar, supone el fundamento para la construcción de las CPU modernas (que tendrán cientos de “núcleos” cada uno con una densa malla de memristores en lugar de cores) y quizá el primer paso para la creación de cerebros artificiales.

El proyecto MoNETA (Molecular Exploring Traveling Agent), es un proyecto de inteligencia artificial basado en el uso de memristores que está configurando progresivamente sistemas “tipo cerebro” con sistema nervioso artificial imitando al de algunos mamíferos. Los “neuromodelos” de MoNETA son diseñados para ser capaces de percibir datos sensoriales y producir comportamiento cognitivo autosuficiente y observable. Por ejemplo, sus “animat” (entes que constan del sistema nervioso artificial) deben superar, por ejemplo, una prueba típica aplicada a ratones (consistente en comprobar si el animal sigue pistas luminosas que le indican donde hay “tierra” mientras nada en un recipiente) así como correr, buscar “alimento” coordinando sus “sentidos” y “músculos” aún sin haber sido programado para ello.

Por su parte, investigadores del Education Campus Changa, en Gujarat, India, crearon un modelo de memristor en medio líquido como resistor  usando 10 ml de sangre humana a 37ºC, abriendo posibilidades de aplicaciones neurológicas en el futuro.

Resulta asombroso que en “Yo, Robot”, publicado en 1950, Isaac Asimov ya escribiera sobre  cerebros positrónicos, cuando el “germen” de lo que podría ser algo similar en el futuro no se ideó hasta 1971 y no se hizo realidad hasta 2008. Aunque Asimov concebía la buena ciencia ficción como el desarrollo de una idea preexistente en la ciencia llevándola a sus últimas consecuencias e imaginando sus implicaciones en el futuro, no hay noticias, al menos que yo haya podido encontrar, de algo parecido al fundamento de sus cerebros positrónicos hasta mucho tiempo después. Quizás es, una vez más, una de las tantas profecías de la ciencia-ficción.

Referencias:

• Schulz, Kenneth M.. “Memristors”. [en línea]. Disponible en la Web: http://kennethmichael.files.wordpress.com/2010/08/memory-resistors-2009.pdf [Fecha de consulta: 4 Julio 2013]

• Neuromorphics Laboratory. “MoNETA”. [en línea]. Disponible en la Web: http://nl.bu.edu/research/projects/moneta .[Fecha de consulta: 3 Julio 2013]

• Ayuda Electrónica. “Memristores:¿cómo funcionan?”.[en línea]. Disponible en la Web: http://ayudaelectronica.com/memristor . [Fecha de consulta: 3 Julio 2013].

• Wikipedia. “Cerebro positrónico”. [en línea]. Disponible en la Web: http://es.wikipedia.org/wiki/Cerebro_positr%C3%B3nico . [Fecha de consulta: 4 Julio 2013].