Un equip d'investigadors de la UIB, la Universitat de l'Algarve, la Universitat de Tecnologia d’Eindhoven i l'Institut Non Linéaire de Nice ha desenvolupat un sistema de memòria neuromòrfica que funciona a una velocitat molt superior a la del cervell
No són pocs els avanços en la ciència i la tecnologia que s'inspiren en les formes i estructures presents en la naturalesa. El cervell és un d'aquests elements naturals en els quals la comunitat científica cerca noves idees i solucions tecnològiques per desenvolupar sistemes computacionals més eficaços i potents. En aquest sentit, un equip multidisciplinari d'investigadors, entre els quals el doctor Julien Javaloyes, del Departament de Física de la Universitat de les Illes Balears, i el doctor Bruno Romeira, investigador postdoctoral del programa europeu de beques Marie Curie a la UIB, s'ha fixat concretament en el funcionament de les neurones per desenvolupar un circuit de memòria lumínic que permet escriure, remodelar i emmagatzemar informació usant fibra òptica convencional a velocitats molt superiors a les que es donen en les respostes de les mateixes neurones.
El treball de B. Romeira, R. Avó i J. L. M. Figueiredo, de la Universitat de l'Algarve (Portugal) i la Universitat de Tecnologia d’Eindhoven (Holanda); S. Barland, de l'Institut Non Linéaire de Niça (França); i Julien Javaloyes, de la UIB, s'ha publicat recentment a la revista Scientific Reports, del grup Nature.
El sistema desenvolupat pels investigadors emula l’autapsi, un tipus de connexió d’autoretroacció comuna en el sistema nerviós, que consisteix en la sinapsi entre una neurona i una branca del seu propi axó. Encara que la funció d'aquest tipus de connexió neuronal encara resulta incerta, estudis recents suggereixen que les neurones de transmissió autàptica estan involucrades en respostes de llarga durada a estímuls breus i que la seva activitat persistent té importants implicacions en la regulació local de la retroacció i en la memòria.
Els investigadors han desenvolupat un innovador circuit de memòria que imita l'estructura de les connexions neuronals autàptiques combinant un ressonador no lineal de nanoescala i de gran velocitat, com és el díode de túnel ressonant, amb una font de llum làser de díode. Així, han aconseguit formar un nou tipus de xip ressonant fotònic neuromòrfic. Per testar-lo com a memòria, els investigadors varen enviar una seqüència de bits aleatoris disparant una resposta neuronal d'impuls electroòptic. Després, retardant la resposta amb un bucle de fibra òptica, els investigadors varen demostrar la possibilitat de construir una memòria regenerativa com a resultat del feedback temporal retardat de l'impuls de resposta sobre la mateixa neurona. Així doncs, imitant una connexió autàpica, els investigadors han demostrat la capacitat d'escriure, remodelar i emmagatzemar paquets fotònics d'informació usant fibra òptica convencional a una velocitat molt superior que la resposta neuronal típica, la qual cosa converteix aquesta tecnologia en molt prometedora per al desenvolupament d'innovadors sistemes de comunicacions òptiques d'alta taxa de bits inspirats en el funcionament del cervell.
A més, la memòria fotònica inspirada en el funcionament neuronal mostra propietats d'ubiqüitat que podrien aportar llum sobre la manera com la informació s'emmagatzema en el cervell. Per exemple, els investigadors han observat que la informació emmagatzemada en la fibra òptica estava composta de paquets fotònics coherents que tenien totes les propietats de patrons localitzats. Els patrons localitzats són abundants a la naturalesa, per exemple, el patró de ratlles d'una zebra. Atès que a les memòries inspirades en les neurones es pot dirigir, crear i destruir fàcilment aquests patrons localitzats individuals d'informació, això assegura una robustesa i una flexibilitat addicional a la memòria, la qual cosa representa un avantatge únic i un gran avanç conceptual que encara resta sense explorar en el camp dels sistemes neuromòrfics.
Referència bibliogràfica
B. Romeira, R. Avó, José M. L. Figueiredo, S. Barland & J. Javaloyes. «Regenerative memory in time-delayed neuromorphic photonic resonators». Scientific Reports, 6, 19510 (2016). doi:10.1038/srep19510
Data de publicació: 28/03/2016