Imagínese ropa que pueda calentarle o refrescarle, según cómo se sienta. O piel artificial que responde al tacto, la temperatura y elimina la humedad automáticamente. O manos cyborg controladas con motores de ADN que pueden ajustarse en función de las señales del mundo exterior.
Bienvenido a la era de la materia inteligente, una idea de computación de IA poco convencional entretejida directamente en el tejido de la materia sintética. Impulsados por la computación basada en el cerebro , estos materiales pueden tejer la piel de robots blandos o formar microbots de nanobots que administran medicamentos, todo mientras reservan poder a medida que aprenden y se adaptan.
¿Suena como ciencia ficción? Se vuelve más extraño. El quid que nos guiará hacia la materia inteligente, dijeron el Dr. WHP Pernice de la Universidad de Munster y sus colegas, es un “cerebro” distribuido a través del “cuerpo” del material, mucho más extraño que la estructura de nuestras propias mentes.
Imagínese una manta térmica. En lugar de alimentarlo con un solo controlador, tendrá circuitos informáticos esparcidos por todas partes. Esta red informática puede aprovechar un tipo de proceso similar al cerebro, llamado ” computación neuromórfica “. Este polvo de hadas tecnológico transforma una manta aburrida en una que aprende qué temperatura te gusta y en qué momentos del día para predecir tus preferencias a medida que avanza una nueva temporada.
Ah, sí, y si está hecho de bloques de construcción de tamaño nanométrico, también podría reorganizar su estructura interna para almacenar su información con una memoria incorporada.
“El objetivo a largo plazo es la computación neuromórfica descentralizada”, dijo Pernice. Inspirándonos en la naturaleza, podemos comenzar a diseñar materia que funciona con hardware similar al cerebro, ejecutando IA en todo el material.
En otras palabras: ¿el nanotraje de Iron Man Endgame ? Aquí vamos.
¿Por qué Intelligent Matter?
Desde cohetes que podrían enviarnos a Marte hasta una camiseta de algodón simple, hemos hecho un trabajo bastante bueno utilizando materiales que desarrollamos o recolectamos. Pero eso es todo lo que son: materia pasiva.
Por el contrario, la naturaleza es rica en materia inteligente. Toma piel humana. Es resistente al agua, solo permite la entrada de algunas moléculas de forma selectiva y nos protege de la presión, la fricción y la mayoría de las bacterias y virus. También puede curarse a sí mismo después de un rasguño o rasgadura, y detecta la temperatura exterior para enfriarnos cuando hace demasiado calor.
Si bien nuestra piel no “piensa” en el sentido tradicional, puede enviar información al cerebro en un abrir y cerrar de ojos. Entonces ocurre la magia. Con más de 100 mil millones de neuronas, el cerebro puede ejecutar cálculos masivamente paralelos en sus circuitos, mientras consume solo unos 20 vatios, no muy diferente del Macbook Pro de 13 ”en el que estoy escribiendo actualmente. ¿Por qué un material no puede hacer lo mismo?
El problema es que nuestra arquitectura informática actual tiene dificultades para admitir la computación similar al cerebro debido a los costos de energía y los retrasos.
Ingrese a la computación neuromórfica. Es una idea que secuestra la capacidad del cerebro para procesar datos simultáneamente con un mínimo de energía. Para llegar allí, los científicos están rediseñando los chips de computadora desde cero. Por ejemplo, en lugar de los chips actuales que separan los módulos informáticos de los módulos de memoria, estos chips procesan información y la almacenan en la misma ubicación. Puede parecer extraño, pero es lo que hace nuestro cerebro cuando aprende y almacena nueva información. Esta disposición elimina la necesidad de cables entre la memoria y los módulos de computación, esencialmente teletransportando información en lugar de enviarla por un cable atascado.
El resultado final es una computación masivamente paralela a un costo energético muy bajo.
El camino hacia la materia inteligente
En opinión de Pernice y sus colegas, hay cuatro etapas que pueden llevarnos a la materia inteligente.
El primero es estructural, básicamente su materia común y corriente que puede ser compleja pero no puede cambiar sus propiedades. Piense en cuadros impresos en 3D de un pulmón u otros órganos. Intrincado, pero no adaptable.
El siguiente es el asunto sensible. Esto puede cambiar su composición en respuesta al medio ambiente. Al igual que un pulpo que cambia el color de su piel para esconderse de los depredadores, estos materiales pueden cambiar su forma, color o rigidez. Un ejemplo es un girasol impreso en 3D incrustado con sensores que florece o se cierra según el calor, la fuerza y la luz. Otro son los materiales blandos sensibles que pueden estirarse y conectarse a los sistemas biológicos, como un músculo artificial hecho de silicio que puede estirarse y levantar más de 13 libras repetidamente al calentarse. Si bien es un buen truco, no se adapta y solo puede seguir su destino preprogramado.
En los niveles superiores de la cadena alimentaria de la inteligencia se encuentran los materiales adaptativos . Estos tienen una red incorporada para procesar información, almacenarla temporalmente y ajustar el comportamiento de esa retroalimentación. Un ejemplo son los microenjambres de pequeños robots que se mueven de forma coordinada, similar a los bancos de peces o aves. Pero debido a que su comportamiento también está preprogramado, no pueden aprender de su entorno ni recordarlo.
Finalmente, hay material inteligente, que se puede aprender y memorizar.
“[Es] capaz de interactuar con su entorno, aprender de la información que recibe y autorregular su acción”, escribió el equipo.
Comienza con cuatro componentes. El primero es un sensor, que captura información tanto del mundo exterior como del estado interno del material; piense en un sensor de temperatura en su piel. El siguiente es un actuador, básicamente algo que cambia la propiedad del material. Por ejemplo, hacer que su piel sude más a medida que sube la temperatura. La tercera es una unidad de memoria que puede almacenar información a largo plazo y guardarla como conocimiento para el futuro. Finalmente, la última es una red (Bluetooth, inalámbrica o cualquier otra cosa) que conecta cada componente, similar a los nervios de nuestro cerebro.
“La estrecha interacción entre los cuatro elementos funcionales es esencial para procesar la información, que se genera durante todo el proceso de interacción entre la materia y el medio ambiente, para permitir el aprendizaje”, dijo el equipo.
¿Cómo?
Aquí es donde entra en juego la computación neuromórfica.
“Los organismos vivos, en particular, pueden considerarse sistemas informáticos no convencionales”, dijeron los autores. “Las redes programables y altamente interconectadas son particularmente adecuadas para llevar a cabo estas tareas y objetivos de hardware neuromórfico inspirados en el cerebro”.
El cerebro funciona con neuronas y sinapsis, las uniones que conectan neuronas individuales en redes. Los científicos han aprovechado una amplia variedad de materiales para diseñar componentes artificiales del cerebro conectados en redes. La unidad de procesamiento de tensor de Google y TrueNorth de IBM son ejemplos famosos; permiten que la computación y la memoria ocurran en el mismo lugar, lo que los hace especialmente poderosos para ejecutar algoritmos de IA.
Pero el siguiente paso, dijeron los autores, es distribuir estos mini cerebros dentro de un material mientras se agregan sensores y actuadores, esencialmente formando un circuito que imita todo el sistema nervioso humano. Para que el asunto responda rápidamente, es posible que debamos aprovechar otras tecnologías.
Una idea es utilizar la luz. Los chips que operan en redes neuronales ópticas pueden calcular y operar a la velocidad de la luz. Otra es construir materiales que puedan reflexionar sobre sus propias decisiones, con redes neuronales que escuchen y aprendan. Agregue a eso materia que puede cambiar físicamente su forma en función de la información, como del agua al hielo, y es posible que tengamos una biblioteca de materia inteligente que podría transformar múltiples industrias, especialmente para nanobots autónomos y prótesis realistas .
Fuente:
Fan, S. (2021, 22 junio). The Four Stages of Intelligent Matter That Will Bring Us Iron Man’s ‘Endgame’ Nanosuit. Recuperado 24 de junio de 2021, de https://singularityhub.com/2021/06/22/four-stages-of-intelligent-matter-that-will-bring-us-iron-mans-endgame-nanosuit/