Nuevo dispositivo de computación imita el comportamiento sináptico humano

La inteligencia artificial (IA) se está volviendo cada vez más útil para la predicción de eventos de emergencia como ataques cardíacos, desastres naturales y fallas en tuberías.

Esto requiere tecnologías de vanguardia que puedan procesar datos rápidamente.

En este sentido, la computación de reservorio, especialmente diseñada para el procesamiento de datos de series temporales con bajo consumo de energía, es una opción prometedora.

Puede implementarse en varios marcos, entre los cuales la computación de reservorio físico (PRC) es la más popular.

Se espera que la PRC con sinapsis artificiales optoelectrónicas (estructuras de unión que permiten que una célula nerviosa transmita una señal eléctrica o química a otra célula) que imitan los elementos sinápticos humanos tengan capacidades de reconocimiento y procesamiento en tiempo real incomparables similares al sistema visual humano.

Sin embargo, la PRC basada en dispositivos sinápticos optoelectrónicos autoalimentados existentes no puede manejar datos de series temporales en múltiples escalas de tiempo, presentes en señales para monitorear la infraestructura, el entorno natural y las condiciones de salud.

Un equipo de investigadores del Departamento de Electrónica Aplicada de la Escuela de Posgrado de Ingeniería Avanzada de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), dirigido por el profesor asociado Takashi Ikuno e integrado por el Sr. Hiroaki Komatsu y la Sra. Norika Hosoda, ha fabricado con éxito una sinapsis humana fotopolimérica optoelectrónica basada en células solares sensibilizadas con colorante y autoalimentada con una constante de tiempo que se puede controlar mediante la intensidad de la luz de entrada.

El Dr. Ikuno explica:

“Para procesar datos ópticos de entrada de series temporales con varias escalas de tiempo, es esencial fabricar dispositivos de acuerdo con la escala de tiempo deseada.

Inspirados por el fenómeno de la imagen residual del ojo, se nos ocurrió un nuevo dispositivo sináptico humano optoelectrónico que puede servir como marco computacional para sensores ópticos de IA de vanguardia que ahorran energía“.

El dispositivo basado en células solares utiliza colorantes derivados del escuarilio e incorpora funciones de entrada óptica, computación de IA, salida analógica y suministro de energía en el propio dispositivo a nivel de material.

El dispositivo muestra plasticidad sináptica en respuesta a la intensidad de la luz, mostrando características sinápticas como la facilitación y la depresión de pulsos pareados.

Los investigadores demostraron que ajustar la intensidad de la luz da como resultado un alto rendimiento computacional en tareas de procesamiento de datos de series temporales, independientemente del ancho del pulso de luz de entrada.

Además, cuando este dispositivo se utilizó como capa de reservorio de PRC, clasificó movimientos humanos como agacharse, saltar, correr y caminar con más del 90% de precisión.

Además, el consumo de energía fue solo el 1% del requerido por los sistemas convencionales, lo que también reduciría significativamente las emisiones de carbono asociadas.

“Hemos demostrado por primera vez en el mundo que el dispositivo desarrollado puede funcionar con un consumo de energía muy bajo y, sin embargo, identificar el movimiento humano con una alta tasa de precisión“, dice el Dr. Ikuno.

Cabe destacar que el dispositivo propuesto abre un nuevo camino hacia la realización de sensores de IA de borde para varias escalas de tiempo, con aplicaciones en cámaras de vigilancia, cámaras de automóviles y monitoreo de la salud.

Según el Dr. Ikuno, “Esta invención se puede utilizar como un sensor óptico de IA de borde muy popular que se puede conectar a cualquier objeto o persona y puede influir en el costo involucrado en el consumo de energía, como las cámaras y computadoras instaladas en automóviles“.

Agrega:

“Este dispositivo puede funcionar como un sensor que puede identificar el movimiento humano con un bajo consumo de energía y, por lo tanto, tiene el potencial de contribuir a la mejora del consumo de energía del vehículo.

“Además, se espera que se utilice como un sensor óptico de bajo consumo de energía en relojes inteligentes independientes y dispositivos médicos, reduciendo significativamente sus costos para que sean comparables o incluso inferiores a los de los dispositivos médicos actuales“.

Para concluir, este novedoso dispositivo basado en células solares tiene el potencial de acelerar el desarrollo de sensores de IA de borde energéticamente eficientes con diversas aplicaciones.

Fuente: ACS