Investigadores de la Universidad Northwestern informan que han impreso "neuronas artificiales" flexibles que generan patrones de picos eléctricos realistas y pueden provocar respuestas en tejido cerebral de ratón vivo. El equipo afirma que el trabajo, publicado el 15 de abril en Nature Nanotechnology, podría ayudar a avanzar en las interfaces cerebro-máquina y en la computación inspirada en el cerebro, más eficiente desde el punto de vista energético.
Un equipo de ingenieros liderado por Mark C. Hersam en la Universidad Northwestern informó sobre la creación de neuronas artificiales flexibles mediante impresión por chorro de aerosol sobre sustratos de polímero, utilizando tintas electrónicas hechas de escamas a nanoescala de disulfuro de molibdeno (MoS₂) y grafeno.
Según los investigadores, aprovecharon una característica del material que otros suelen eliminar: en lugar de quemar el polímero estabilizador después de la impresión, lo descompusieron parcialmente. Hersam explicó que, bajo corriente, el polímero se descompone aún más de manera espacialmente desigual, formando un filamento conductor que restringe la corriente a una región estrecha y produce una respuesta eléctrica repentina, similar a la de una neurona.
El equipo informó que los dispositivos impresos pueden generar una gama de patrones de señalización (picos individuales, disparos continuos y ráfagas) destinados a parecerse a cómo se comunican las neuronas biológicas. Hersam contrastó la organización "heterogénea, dinámica y tridimensional" del cerebro con la computación convencional construida a partir de "miles de millones de dispositivos idénticos" en chips de silicio rígidos.
Para probar la compatibilidad biológica, los investigadores colaboraron con la neurobióloga Indira M. Raman. El grupo de Raman aplicó las señales de voltaje de las neuronas artificiales a cortes de cerebelo de ratón, y el equipo informó que los picos artificiales coincidían con características biológicas clave, incluyendo el tiempo y la duración, y activaban de manera confiable la actividad en neuronas vivas.
Los investigadores señalaron que el enfoque podría respaldar futuras neuroprótesis e interfaces cerebro-máquina, y también podría informar la computación inspirada en el cerebro destinada a reducir el consumo de energía. Hersam afirmó que el cerebro es "cinco órdenes de magnitud" más eficiente energéticamente que una computadora digital, y argumentó que las necesidades de energía y refrigeración de la computación de IA a gran escala están empujando a las empresas hacia centros de datos a escala de gigavatios, con sus correspondientes demandas de calor y agua.
El equipo también destacó las ventajas de fabricación asociadas al método de impresión: debido a que la impresión por chorro de aerosol es un proceso aditivo que deposita material solo donde es necesario, afirmaron que puede reducir los residuos y permitir una fabricación de bajo costo. El estudio contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, según los investigadores.
