Por primera vez, un procesador neuromórfico basado en ondas controla directamente un robot.

Por primera vez, un procesador neuromórfico controló directamente a un robot, en el que la decisión no la formulaba el habitual circuito digital, sino la interacción de ondas físicas. En el experimento, el sistema reconocía obstáculos en tiempo real y elegía la maniobra para un vehículo autónomo, y los investigadores consideran que el enfoque basado en ondas puede ser la base posible para sistemas robóticos compactos y económicos.

En el estudio publicado recientemente estudio el elemento computacional era el agua. Los investigadores montaron un dispositivo de sobremesa con un recipiente metálico circular, seis excitadores y una cámara. Los excitadores se sumergían en el agua en momentos determinados y generaban ondas que se propagaban por la superficie, se superponían y formaban un patrón de interferencia complejo. La cámara capturaba el patrón resultante, a partir del cual el sistema determinaba la acción que debía realizar el robot.

Este principio corresponde a la computación en reservorio. En lugar de entrenar un número enorme de conexiones entre neuronas artificiales se aprovecha la dinámica compleja de un único medio físico. No es necesario reconfigurar por completo el estado interno de ese «reservorio»; el entrenamiento se limita principalmente a la capa de salida, que asocia la respuesta observada con la salida deseada.

Para la tarea de sortear obstáculos, el modelo del robot recibió seis sensores de distancia orientados hacia adelante. Cada sensor proporcionaba uno de siete valores discretos, por lo que el sistema podía alcanzar 7⁶, o 117 649, combinaciones diferentes de señales de entrada. Los valores se codificaban en el tiempo de activación de seis fuentes de ondas, tras lo cual la interacción física de las ondas transformaba el conjunto de entrada en un patrón espacio-temporal característico.

Los investigadores complicaron gradualmente la tarea. En la versión más simple, el sistema elegía entre detenerse y avanzar. Luego el procesador determinaba si había un obstáculo a la izquierda, a la derecha o ninguno, y escogía la dirección del giro. En la prueba más compleja se utilizaron cinco variantes de reacción: giro brusco o suave a la izquierda y a la derecha según la distancia al objeto, además de seguir recto. Los autores informan de un reconocimiento de obstáculos casi sin errores.

Tras verificar la clasificación, conectaron el montaje de cálculo al control del movimiento en tiempo real. El sistema de ondas gobernó primero a un vehículo virtual y después a una plataforma robótica física basada en Arduino. Durante el desplazamiento, los sensores detectaban obstáculos, las señales de entrada activaban las ondas correspondientes y su interferencia determinaba la maniobra siguiente. De este modo, el reservorio ondulatorio no se empleó únicamente para reconocer datos preparados con antelación, sino que participó directamente en el bucle cerrado de control del robot.

El propio reservorio de agua, por supuesto, no está pensado para instalarse dentro de futuros robots. Ese montaje permitió a los investigadores observar el proceso computacional literalmente con los ojos y comprobar si la dinámica de las ondas puede resolver la tarea de navegación. El interés principal reside en la posibilidad de trasladar el mismo principio a un componente sólido mucho más pequeño.

Para la siguiente etapa, los autores modelaron un nanodispositivo magnético, donde en lugar de ondas en la superficie del agua se usan ondas de espín, es decir, oscilaciones colectivas de los momentos magnéticos en el material. Los cálculos mostraron que las ondas de espín excitadas eléctricamente son capaces de realizar las mismas tareas en frecuencias de gigahercios y operar en escalas temporales de nanosegundos. Sistemas similares pertenecen al campo de la computación neuromórfica, donde parte del procesamiento de la información se transmite directamente a la física del material.

Sin embargo, el procesador ondulatorio en estado sólido por ahora existe solo en formato de modelo. Experimentalmente, los investigadores demostraron el control del robot mediante el reservorio de agua, pero no un chip magnético listo para usar ni su ventaja en consumo energético en un dispositivo real. El trabajo muestra el principio mismo: la propagación e interferencia de ondas pueden reemplazar parte de los cálculos que los robots modernos suelen realizar en procesadores digitales y aceleradores.