Escrito por Tom Cassawers
Cuando una abeja abandona el nido, ya tiene su propia versión de un GPS en su cabeza. Al analizar patrones en el cielo y su velocidad de vuelo, la abeja puede rastrear su ubicación y regresar sana y salva a casa. Los investigadores ahora están aprovechando esto con la esperanza de cambiar la forma en que las computadoras se orientan.
“La abeja encuentra su camino de regreso sin necesidad de un teléfono inteligente o navegación por satélite”, dijo Anders Mikkelsen, profesor de la Universidad de Lund en Suecia. “Lo hacen observando la polarización del cielo y su velocidad, por lo que no se pierden”.
Mikkelsen forma parte de un grupo de científicos de una iniciativa financiada por la UE llamada InsectNeuroNano, que quiere emular el sistema de navegación interno de una abeja en un chip de computadora. Los chips actuales pueden imitar la forma en que las abejas encuentran el camino a casa, pero las abejas lo hacen de manera mucho más eficiente que las computadoras.
“Si se toma un chip liviano, fácilmente puede pesar más de 80 gramos y consumir más de 7 vatios de energía”, dijo Mikkelsen, quien coordina la iniciativa. “Una abeja pesa menos de un gramo y utiliza menos de una centésima de vatio para alimentar su cerebro. Imagínense si pudieran fabricar un chip así de eficiente”.
La abeja encuentra su camino de regreso sin teléfono inteligente ni navegador por satélite.
Esto es exactamente lo que pretende hacer el equipo de Mikkelsen, formado por investigadores de universidades y laboratorios de cinco países europeos. Están fabricando un chip inspirado en insectos que puede señalar su ubicación. Este chip será más pequeño y más eficiente que cualquiera de los disponibles actualmente para este tipo de tareas de navegación.
Se puede utilizar en cualquier cosa, desde sensores ambientales de bajo costo hasta robots parecidos a insectos que limpian el medio ambiente.
“Con esto podemos fabricar pequeños robots del tamaño de un insecto”, afirmó Mikkelsen. “Sería como tener una colonia de abejas, pero hay que decirle qué hacer. Se podrían, por ejemplo, utilizar estos pequeños robots para limpiar la contaminación, construir una estructura o polinizar artificialmente un campo”.
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 diferentes tareas. Por ejemplo, la unidad central de procesamiento, el “cerebro” de la computadora, nos permite enviar correos electrónicos, cargar páginas web y editar documentos de texto.
Los chips más especializados, como las tarjetas gráficas, manejan de todo, desde imágenes de gatos hasta complejos mundos de videojuegos.
El chip que está diseñando el equipo de InsectNeuroNano está diseñado para hacer una cosa y sólo una cosa. Utiliza señales de un sensor de luz adjunto al chip, así como la velocidad, para determinar su ubicación.
El chip es altamente especializado, muy parecido al cerebro de una abeja, que evolucionó para una locomoción eficiente en lugar de versatilidad. Esto puede parecer una limitación, pero permite que el chip sea pequeño y eficiente energéticamente.
“Nuestro chip sólo puede realizar una tarea”, dijo Mikkelsen. “Pero puede hacerlo de manera muy eficiente desde el punto de vista energético y en un tamaño pequeño. Es una estrategia muy diferente a la de otros chips de computadora”.
Del cerebro de insecto al chip
Los biólogos e ingenieros del equipo de investigación aportan conocimientos del mundo de los insectos al mundo del diseño informático. Una de ellas es la profesora Elisabetta Czeka de la Universidad de Groningen (Países Bajos), especializada en circuitos y sistemas bioinspirados.
“Para algunos problemas, la naturaleza ya ha encontrado una solución compacta, eficiente y de bajo consumo energético”, dijo Chica. “Los cerebros de insectos ofrecen una de esas soluciones. No sabemos todo sobre ellos, pero sabemos lo suficiente como para empezar a construir un sistema”.
Basándose en los conocimientos de los biólogos, Chica construyó modelos virtuales de los chips, una tarea que se complica aún más por el hecho de que aún no se comprenden completamente los cerebros de los insectos. “Hay que formular hipótesis sobre cómo funciona para poder traducirlas en chips”, dijo.
Este tipo de investigación también es útil para los biólogos. Al completar los espacios en blanco, los científicos de otros campos están aprendiendo cómo podrían funcionar los cerebros de los insectos. Por ejemplo, los modelos de chips pueden sugerir cómo están conectados ciertos circuitos en el cerebro de un insecto.
“Aprendemos de los biólogos”, dijo Chica. “Pero los biólogos también están aprendiendo de nosotros. Es fantástico verlo”.
Los primeros pasos de las abejas robóticas
La investigación ayuda a repensar cómo funcionan los chips. El chip normalmente envía señales eléctricas entre sus componentes a través de cables. Este ha sido el modelo dominante de informática durante décadas.
En cambio, InsectNeuroNano utiliza nanocircuitos fotónicos, que dirigen la luz a través de pequeñas estructuras en un chip, de sólo una milmillonésima parte de un metro de ancho, en un proceso llamado computación fotónica.
“Se pueden enviar más datos con luz de una forma más eficiente desde el punto de vista energético”, afirmó Mikkelsen. “Además, nuestro sensor detecta la luz, por lo que utilizamos la luz para sentir y pensar, lo que simplifica las cosas. Ambas cosas son muy importantes si queremos un chip del tamaño de un cerebro de insecto”.
Para algunos problemas, la naturaleza ya ha encontrado una solución compacta, eficaz y de bajo consumo energético. Los cerebros de insectos ofrecen una de esas soluciones.
Hasta ahora, los investigadores, cuyo proyecto se prolongará hasta septiembre de 2026, han logrado crear en condiciones de laboratorio el primer prototipo de chip que imita la función del cerebro de un insecto.
Sin embargo, según Mikkelsen, pasarán unos 10 años antes de que esta tecnología llegue al mundo real.
Hacer chips tan pequeños, utilizando nuevos principios de diseño como la computación a nanoescala, es complejo. Sin embargo, el trabajo del equipo ya ha ayudado a hacer avanzar la tecnología y los investigadores han aprendido mucho en el proceso.
“Todavía tenemos muchos pasos que dar antes de que tengamos una abeja robótica volando por ahí”, dijo Mikkelsen.
“Pero hemos dado un gran salto con este proyecto. Hemos pasado de un concepto teórico a algo en la mesa de laboratorio que imita los cerebros de los insectos”.
Aunque su trabajo aún requiere años de investigación, ha allanado el camino para robots del tamaño de insectos que algún día podrán navegar leyendo el cielo, como las abejas reales.
“Ahora tenemos que montar un sistema completo”, afirmó Mikkelsen. “Necesitamos ampliar todo lo que aprendimos en el laboratorio. Se han dado los primeros pasos y ahora puede comenzar el verdadero progreso”.
La investigación para este artículo fue financiada por el Consejo Europeo de Innovación (EIC). Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente las de la Comisión Europea. Si te gustó este artículo, considera compartirlo en las redes sociales.
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Este artículo fue publicado originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la Unión Europea con Atribución de Creative Commons
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imagen: iStock
esta publicación Cómo los cerebros de las abejas están dando forma a los chips de computadora de próxima generación apareció primero en El proyecto de los hombres buenos.
