El cerebro humano guarda el secreto de nuestras personalidades únicas. ¿Pero sabías que también puede formar la base de dispositivos informáticos altamente eficientes? Investigadores de la Universidad de Nagoya, Japón, mostraron recientemente cómo hacer esto, a través de uniones de grafeno-diamante que imitan algunas de las funciones del cerebro humano.
Pero, ¿por qué los científicos intentarían emular el cerebro humano? Hoy en día, las arquitecturas informáticas existentes están sujetas a datos complejos, lo que limita su velocidad de procesamiento. El cerebro humano, por otro lado, puede procesar datos muy complejos, como imágenes, con alta eficiencia. Por lo tanto, los científicos han intentado construir arquitecturas “neuromórficas” que imiten la red neuronal del cerebro.
Un fenómeno esencial para la memoria y el aprendizaje es la “plasticidad sináptica”, la capacidad de las sinapsis (enlaces neuronales) para adaptarse en respuesta a una actividad aumentada o disminuida. Los científicos han intentado recrear un efecto similar utilizando transistores y “memristores” (dispositivos de memoria electrónica cuya resistencia se puede almacenar). Los memristores controlados por luz desarrollados recientemente, o “fotomemristors”, pueden detectar la luz y proporcionar memoria no volátil, similar a la percepción visual y la memoria humana. ¡Estas excelentes propiedades han abierto la puerta a un mundo completamente nuevo de materiales que pueden actuar como sinapsis optoelectrónicas artificiales!
Esto motivó al equipo de investigación de la Universidad de Nagoya a diseñar uniones de grafeno-diamante que pueden imitar las características de las sinapsis biológicas y las funciones clave de la memoria, abriendo puertas para los dispositivos de memoria de detección de imágenes de próxima generación. En su reciente estudio publicado en Carbón, los investigadores, dirigidos por el Dr. Kenji Ueda, demostraron funciones sinápticas controladas optoelectrónicamente utilizando uniones entre el grafeno alineado verticalmente (VG) y el diamante. Las uniones fabricadas imitan funciones sinápticas biológicas, como la producción de “corriente postsináptica excitadora” (EPSC), la carga inducida por neurotransmisores en la membrana sináptica, cuando se estimulan con pulsos ópticos y exhiben otras funciones cerebrales básicas como la transición de memoria a corto plazo (STM) a memoria a largo plazo (LTM).
El Dr. Ueda explica: “Nuestros cerebros están bien equipados para tamizar la información disponible y almacenar lo que es importante. Intentamos algo similar con nuestras matrices de diamantes VG, que emulan el cerebro humano cuando se exponen a estímulos ópticos”. Agrega: “Este estudio se inició debido a un descubrimiento en 2016, cuando encontramos un gran cambio de conductividad inducido ópticamente en las uniones grafeno-diamante”. Además de EPSC, STM y LTM, las uniones también muestran una facilitación de pulso emparejado del 300%, un aumento en la corriente postsináptica cuando está muy precedida por una sinapsis previa.
Las matrices de diamantes VG se sometieron a reacciones redox inducidas por luz fluorescente y LED azules bajo un voltaje de polarización. Los investigadores atribuyeron esto a la presencia de carbonos de grafeno y diamante con hibridación diferente en la interfaz de la unión, lo que condujo a la migración de iones en respuesta a la luz y, a su vez, permitió que las uniones realizaran funciones fotosensibles y fotocontrolables similares a las los realizados por el cerebro y la retina. Además, las matrices de diamantes VG superaron el rendimiento de los materiales fotosensibles convencionales basados en metales raros en términos de fotosensibilidad y simplicidad estructural.
El Dr. Ueda dice: “Nuestro estudio proporciona una mejor comprensión del mecanismo de trabajo detrás de los comportamientos sinápticos optoelectrónicos artificiales, allanando el camino para que las computadoras que imitan el cerebro, ópticamente controlables, tengan mejores capacidades de procesamiento de información que las computadoras existentes”. ¡Es posible que el futuro de la informática de próxima generación no esté muy lejos!
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Nagoya. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.
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