Un dispositivo inspirado en el funcionamiento de las neuronas
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un dispositivo nanomecánico capaz de imitar algunas características del comportamiento de las neuronas y combinar funciones de procesamiento y memoria en una estructura de dimensiones extremadamente reducidas.
La plataforma utiliza polímeros blandos que responden a cambios de voltaje y permiten que determinadas funciones computacionales dependan de las propiedades físicas del propio material. De esta manera, el sistema puede reducir la cantidad de componentes externos necesarios para procesar información.
El desarrollo fue presentado en un estudio publicado en Science Advances y plantea posibles aplicaciones en áreas como robótica, monitoreo médico y sensores ambientales que requieran un consumo energético reducido.
El pulpo inspiró el concepto de computación distribuida
El diseño toma como referencia a organismos capaces de procesar información de manera distribuida. Uno de los ejemplos analizados por los investigadores es el pulpo, cuyo sistema nervioso tiene una gran cantidad de neuronas ubicadas en sus brazos.
Esta organización permite que determinadas respuestas ante estímulos puedan generarse localmente, sin depender constantemente de instrucciones provenientes del cerebro.
Farnaz Niroui, profesora asociada de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación del MIT y autora principal del estudio, explicó que este modelo puede entenderse como una forma de materia computacional en la que funciones como detección, memoria, procesamiento y respuesta se encuentran distribuidas.
Un polímero funciona como un resorte a escala nanométrica
La tecnología se basa en un principio conocido como computación mecánica, en el que determinadas operaciones dependen de transformaciones físicas.
El reto para el equipo del MIT era conseguir que las deformaciones producidas a escala nanométrica fueran controladas y, al mismo tiempo, reversibles.
Para conseguirlo, los investigadores colocaron una película ultradelgada de polidimetilsiloxano (PDMS), una silicona flexible, entre dos electrodos metálicos.
El polímero funciona como un separador y como una especie de “nanorresorte”. Cuando se aplica voltaje, los electrodos se atraen y comprimen la película. Esa modificación cambia la corriente eléctrica que atraviesa el dispositivo.
El PDMS tiene propiedades viscoelásticas, por lo que no recupera inmediatamente su forma después de ser comprimido. Durante ese periodo conserva información relacionada con las deformaciones anteriores, lo que permite que el sistema responda de acuerdo con el historial de estímulos recibidos.
Así imita el comportamiento de una neurona
Una de las características más importantes del dispositivo es su capacidad para acumular estímulos progresivamente.
El comportamiento guarda similitudes con una neurona biológica, que puede acumular señales eléctricas hasta alcanzar un determinado umbral y posteriormente generar una respuesta.
En el sistema desarrollado por el MIT, el voltaje provoca que los electrodos compriman gradualmente el polímero. Cuando se alcanza cierto límite, el dispositivo cambia de estado y posteriormente puede recuperar su configuración.
De esta manera, una sola estructura nanométrica puede realizar funciones que normalmente requerirían varios elementos electrónicos.
Memoria y procesamiento en un mismo componente
La integración de cálculo y memoria es uno de los aspectos centrales de la propuesta. Al aprovechar las propiedades físicas del polímero, el sistema puede almacenar información sobre estímulos anteriores y utilizarla para generar respuestas.
Esto reduce la necesidad de incorporar componentes adicionales, como capacitores o circuitos externos complejos, y abre la posibilidad de construir dispositivos más compactos y con menor consumo energético.
Sarah Spector, estudiante de posgrado y coautora principal del estudio, señaló que el comportamiento del sistema puede modificarse mediante las características del polímero y su capacidad para conservar el historial de deformaciones.
Posibles aplicaciones en robótica y monitoreo de salud
Los investigadores consideran que esta tecnología podría tener aplicaciones en sistemas que necesitan detectar estímulos y procesarlos rápidamente sin consumir grandes cantidades de energía.
Entre las posibilidades se encuentran las prótesis inteligentes, capaces de interpretar información táctil, así como dispositivos portátiles destinados a recopilar y analizar indicadores de salud.
También podría utilizarse en sensores ambientales y sistemas robóticos que requieran respuestas locales y procesamiento de información directamente en el dispositivo.
El siguiente paso: integrar más funciones
El equipo del MIT busca avanzar hacia sistemas en los que detección, procesamiento y memoria estén todavía más integrados dentro de estructuras nanomecánicas.
La propuesta apunta a desarrollar dispositivos inteligentes y adaptativos que puedan procesar información aprovechando directamente las propiedades físicas de sus materiales, con la posibilidad de reducir tanto el tamaño como el consumo energético de determinadas aplicaciones electrónicas.
