Tom Cassauwers habla sobre cómo los investigadores están desarrollando chips de computadora inspirados en el cerebro de las abejas y su influencia en la robótica.
Las abejas navegan por su entorno con una precisión asombrosa. Sus cerebros ahora están inspirando el diseño de pequeños chips de bajo consumo que algún día podrían guiar pequeños robots y sensores.
Cuando las abejas abandonan la colmena, ya tienen su propia versión de GPS integrada en sus cabezas. Al analizar los patrones del cielo y las velocidades de vuelo, las abejas pueden descubrir su ubicación y regresar a casa sanas y salvas. Los investigadores ahora esperan inspirarse en esto y cambiar la forma en que navegamos por las computadoras.
«Las abejas encuentran el camino a casa sin teléfonos inteligentes ni navegación por satélite», afirma Anders Mikkelsen, profesor de la Universidad Lund de Suecia. «Lo hacen observando la polarización del cielo y su velocidad. Basándose en eso, no se pierden».
Mikkelsen forma parte de un grupo de científicos en una iniciativa financiada por la UE llamada InsectNeuroNano, cuyo objetivo es replicar el sistema de navegación interno de la abeja en un chip de computadora. Los chips actuales ya pueden emular la forma en que las abejas encuentran el camino a casa, pero las abejas lo hacen de manera mucho más eficiente que las computadoras.
«Un chip liviano pesaría más de 80 gramos y consumiría más de 7 vatios de energía», dijo Mikkelsen, quien coordina el esfuerzo. «Una abeja melífera pesa menos de un gramo y utiliza menos de una centésima de vatio de electricidad para alimentar su cerebro. Imagínense si pudiéramos fabricar un chip así de eficiente».
Eso es exactamente lo que el equipo de Mikkelsen, formado por investigadores de universidades y laboratorios de cinco países europeos, está intentando hacer. Inspirándose en los insectos, están desarrollando chips que pueden determinar su ubicación. El chip es más pequeño y más eficiente que los chips disponibles actualmente para este tipo de tareas de navegación.
Potencialmente, podría usarse en todo, desde sensores ambientales de bajo costo hasta robots parecidos a insectos que limpian el medio ambiente.
«Esto nos permite crear pequeños robots del tamaño de un insecto», afirmó Mikkelsen. «Es como tener una colonia de abejas, pero puedes decirles a las abejas qué hacer. Por ejemplo, puedes usar estos pequeños robots para limpiar la contaminación, construir estructuras o polinizar campos artificialmente».
navegación por cable
Pero ¿por qué el cerebro de una abeja es más eficiente que un chip? Los chips estándar actuales son versátiles y están diseñados para realizar una variedad de tareas. Por ejemplo, la unidad central de procesamiento, el «cerebro» de una computadora, le permite enviar correos electrónicos, cargar páginas web y editar documentos de texto.
Los chips más especializados, como las tarjetas gráficas, manejan todo, desde fotografías de gatos hasta complejos mundos de videojuegos.
Los chips que está diseñando el equipo InsectNeuroNano están diseñados para hacer una sola cosa. Utiliza señales y velocidad de sensores ópticos conectados al chip para determinar su posición.
El chip es altamente especializado, como el cerebro de una abeja, y evoluciona hacia una navegación eficiente sobre la generalidad. Aunque esto pueda parecer una limitación, permite que los chips sean más pequeños y más eficientes energéticamente.
«Nuestro chip sólo puede realizar una tarea», afirma Mikkelsen. «Pero se puede hacer de manera muy eficiente y en un tamaño pequeño, lo cual es una estrategia completamente diferente a la de otros chips de computadora».
Del cerebro de abeja al chip
Los biólogos e ingenieros del equipo de investigación están trabajando para llevar conocimientos del mundo de los insectos al mundo del diseño computacional. La profesora Elisabetta Kikka de la Universidad de Groningen en los Países Bajos es una de las profesoras especializadas en circuitos y sistemas bioinspirados.
“Para algunos problemas, la naturaleza ya ha encontrado soluciones eficientes, compactas y de bajo consumo”, dice Chicca. «Los cerebros de insectos ofrecen una de esas soluciones. No sabemos todo sobre los cerebros de insectos, pero sabemos lo suficiente como para empezar a construir sistemas».
Chicca utilizó los conocimientos de los biólogos para construir un modelo virtual del chip, una tarea aún más difícil por el hecho de que aún no se comprenden completamente los cerebros de los insectos. «Necesitamos formular hipótesis sobre cómo funcionan para que puedan traducirse en chips», dijo.
Este tipo de investigación también es útil para los biólogos. Aprenda cómo funcionan los cerebros de los insectos haciendo que científicos de otros campos completen los espacios en blanco. Por ejemplo, los modelos de chips podrían sugerir cómo están conectados circuitos específicos en el cerebro de los insectos.
«Estamos aprendiendo de los biólogos», dijo Chikka. «Pero los biólogos también están aprendiendo de nosotros. Es fantástico comprobarlo».
Los primeros pasos de las abejas robot
Esta investigación ayudará a repensar cómo funcionan los chips. Los chips suelen transmitir señales eléctricas entre componentes a través de cables. Este ha sido el modelo dominante de informática durante décadas.
En cambio, InsectNeuroNano utiliza circuitos nanofotónicos que dirigen la luz hacia estructuras diminutas en un chip, de apenas una milmillonésima parte de un metro de ancho, en un proceso llamado computación fotónica.
«La luz nos permite transmitir más datos de una forma más eficiente desde el punto de vista energético», afirmó Mikkelsen. «Además, nuestro sensor detecta la luz, por lo que usar la luz para sentir y pensar hace las cosas más fáciles. Ambas cosas son muy importantes cuando se quiere un chip del tamaño de un cerebro de insecto».
Hasta ahora, los investigadores han creado el primer prototipo de chip que imita la función cerebral de un insecto en un laboratorio, y el proyecto continuará hasta septiembre de 2026.
Aún así, Mikkelsen dice que se necesitarán unos 10 años para que la tecnología se implemente en el mundo real.
Fabricar chips tan pequeños utilizando nuevos principios de diseño, como la computación nanofotónica, es complejo. Aún así, los esfuerzos del equipo ya están ayudando a avanzar en la tecnología y los investigadores han aprendido mucho en el proceso.
«Todavía tenemos que dar muchos pasos antes de que tengamos abejas robot volando por ahí», afirmó Mikkelsen.
«Pero con este proyecto hemos dado un gran paso adelante. Pasamos de un concepto teórico a algo práctico que imita el cerebro de un insecto».
Su trabajo, que aún requiere años de investigación, allana el camino para robots del tamaño de insectos que algún día podrán leer y navegar por los cielos como abejas reales.
«Ahora tenemos que armar todo el sistema», afirmó Mikkelsen. «Necesitamos ampliar todo lo que hemos aprendido en el laboratorio. Ya se han dado los primeros pasos y el progreso real comenzará ahora».
La investigación para este artículo fue financiada por el Consejo Europeo de Innovación (EIC). Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente las opiniones de la Comisión Europea.
Este artículo fue publicado originalmente en Horizon, Revista de Investigación e Innovación de la UE.
Información detallada
Source link
