Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha desarrollado un cristal de van der Waals «diseñable» capaz de imitar las funciones de una célula neuronal artificial mediante el uso exclusivo de luz, según un estudio publicado en la revista Nature Photonics. Este avance, descrito como un «neurocristal», podría abrir nuevas vías para la computación óptica y la inteligencia artificial inspirada en la biología.
El dispositivo, basado en materiales bidimensionales, opera sin necesidad de electricidad, lo que lo hace más eficiente energéticamente que los sistemas neuronales artificiales tradicionales. «Este trabajo demuestra que los cristales de van der Waals pueden actuar como elementos activos en circuitos fotónicos, replicando comportamientos clave de las neuronas biológicas», explicó el profesor Wang Enge, líder del estudio.
¿Cómo funciona este «neurocristal»?
El cristal combina capas de materiales como el disulfuro de molibdeno (MoS₂) y el grafeno, dispuestas en una estructura que permite modular su respuesta a la luz. Según los investigadores, al exponerlo a pulsos luminosos de diferentes intensidades, el material genera señales que imitan la propagación de impulsos eléctricos en una neurona real. «La clave está en la capacidad de ajustar las propiedades ópticas del cristal mediante su diseño atómico», detalló el doctor Zhang Qiang, coautor del estudio.
El equipo logró demostrar que el dispositivo puede procesar información de manera similar a una sinapsis artificial, con una respuesta ajustable según la frecuencia y duración de la luz incidente. Esto supera limitaciones de sistemas previos que dependían de materiales semiconductores tradicionales, que requieren voltajes externos para operar.
¿Por qué este avance es relevante?
Hasta ahora, los sistemas de computación inspirados en neuronas —como las redes neuronales artificiales— dependían de hardware electrónico que consumía gran cantidad de energía. Según datos del estudio, los neurocristales podrían reducir ese consumo en un 90% en aplicaciones de procesamiento de señales, gracias a su operación óptica.
Además, la capacidad de «diseñar» la estructura del cristal permite adaptarlo a tareas específicas, como el reconocimiento de patrones o la clasificación de datos. «Esto podría ser útil en dispositivos portátiles o sensores de bajo consumo», señaló el profesor Wang. El equipo ya ha presentado prototipos que demuestran su funcionalidad en entornos controlados, aunque aún falta validación en aplicaciones reales.
¿Qué sigue para esta tecnología?
Los investigadores planean escalar el diseño para integrar múltiples neurocristales en redes ópticas complejas, similares a las redes neuronales biológicas. «El siguiente paso es demostrar que podemos conectar estos elementos para formar sistemas de procesamiento distribuido», afirmó Zhang.
El estudio fue financiado parcialmente por el Hong Kong Institute for Advanced Study y el National Natural Science Foundation of China, con colaboraciones de la Universidad de Pekín. Los hallazgos fueron publicados el 15 de octubre de 2023, aunque el desarrollo técnico comenzó en 2021.
Mientras tanto, otros grupos de investigación, como los del Massachusetts Institute of Technology (MIT), exploran materiales similares para computación óptica, pero con enfoques basados en nanofotónica. Según el profesor Wang, la ventaja del neurocristal radica en su simplicidad y bajo costo de fabricación, al evitar procesos de litografía avanzada.
El estudio completo está disponible en Nature Photonics, y los investigadores ya han solicitado patentes para su tecnología.
