20 vatios frente a megavatios: una neurona bacteriana superó a ChatGPT por un factor de 50.000

Ingenieros de la Universidad de Massachusetts en Amherst informaron sobre la creación de una neurona artificial, cuyas funciones eléctricas se acercan al máximo a las que realizan las células del cerebro. El trabajo continúa las investigaciones del equipo que utiliza nanohilos proteicos sintetizados a partir de bacterias capaces de generar electricidad. A la vez, el invento abre la perspectiva de crear sistemas de computación ultraeficientes construidos según principios biológicos y, en el futuro, también una conexión directa con células vivas.

«Nuestro cerebro procesa volúmenes colosales de información, pero su consumo de energía es muy bajo —especialmente si se compara con la cantidad de electricidad que consumen grandes modelos de lenguaje como ChatGPT», — explicó el autor principal del estudio, el doctorando del departamento de ingeniería eléctrica y computación Shuai Fu. Por ejemplo: el cerebro humano funciona consumiendo aproximadamente 20 vatios, mientras que los grandes sistemas de IA requieren más de un megavatio para tareas de cálculo similares. Es precisamente esta brecha en eficiencia la que los científicos pretenden reducir con la nueva solución.

El sistema nervioso está formado por miles de millones de células que transmiten impulsos con gran precisión y con un consumo mínimo de energía. Reproducir ese proceso con medios electrónicos fue durante mucho tiempo extremadamente difícil. «Las primeras versiones de neuronas artificiales requerían 10 veces más voltaje y 100 veces más energía que nuestra versión», — señaló el director del proyecto, el profesor asociado de la Universidad de Massachusetts Jun Yao. Los altos requisitos hacían que los dispositivos fueran demasiado costosos e incompatibles con las células vivas.

El avance está relacionado con que las nuevas neuronas artificiales funcionan con un voltaje de solo 0,1 voltios —exactamente el mismo que utilizan las células del organismo humano. Ese nivel abre la posibilidad no solo para su incorporación en sistemas de computación, sino también para dispositivos médicos capaces de interactuar directamente con el tejido nervioso.

Los científicos ven un amplio espectro de aplicaciones —desde ordenadores bioinspirados hasta electrónica miniaturizada integrada en el cuerpo. «Actualmente existen muchos sensores portátiles, pero son voluminosos y consumen mucha energía. Para que un ordenador procese la señal del organismo, es necesario amplificarla adicionalmente, lo que complica el circuito y aumenta el consumo. Las neuronas de bajo voltaje pueden eliminar ese paso, haciendo el sistema más sencillo y eficiente», — subrayó Yao.

La base de la tecnología volvió a ser los nanohilos proteicos extraídos de la bacteria Geobacter sulfurreducens, que en la naturaleza produce electricidad. Anteriormente, con estos materiales el equipo ya había construido dispositivos singulares: una biopelícula alimentada por el sudor humano, una «nariz electrónica» para el diagnóstico de enfermedades y un generador que obtiene corriente del aire.

El proyecto recibió apoyo de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., de la Fundación Nacional de Ciencias, del Instituto Nacional de Salud y de la Fundación Alfred P. Sloan.