Una sesión de preguntas y respuestas con la reconocida diseñadora de chips neuromórficos Chiara Bartolozzi
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Cada año, como parte del Mes de la Historia de la Mujer, All About Circuits destaca las contribuciones de respetadas ingenieras de todo el mundo. Para este artículo, entrevistamos a Chiara Bartolozzi, investigadora principal y experta en chips neuromórficos del Instituto Italiano de Tecnología. (YO... ESO).
Desde que se graduó como ingeniero en la Universidad de Génova y obtuvo su doctorado. Bartolozzi es licenciado en neuroinformática por la ETH Zurich y dirigió importantes investigaciones en el campo de la ingeniería neuromórfica. También ayudó a diseñar iCub, un robot humanoide del tamaño de un niño pequeño desarrollado en el IIT que sirve como banco de pruebas de robótica en todo el mundo.
Chiara Bartolozzi con iCub, el robot humanoide desarrollado en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT).
En esta entrevista exclusiva, Bartolozzi habla de su trayectoria profesional, sus mayores logros y su visión para el futuro de la ingeniería neuromórfica.
¿Qué te llevó al campo de la ingeniería?
Chiara Bartolozzi: Yo era uno de esos estudiantes de secundaria que estaban interesados en todas las materias: literatura, historia, filosofía, matemáticas y física. Fue difícil para mí decidirme por la educación superior. Al final, elegí la ingeniería biomédica, que en aquel momento era un campo emergente en mi ciudad natal.
Quizás debido a su conexión con la medicina, la ingeniería biomédica atrajo a más estudiantes mujeres, particularmente en comparación con la ingeniería mecánica, la electrónica y la informática. Atraído por la idea de ayudar a las personas, inicialmente me propuse diseñar prótesis que pudieran curar o restaurar funciones corporales perdidas. Después de tomar un curso de neurociencia visual en el que modelábamos cálculos realizados en la corteza visual, me interesé en los circuitos inspirados en el cerebro.
¿Cuáles son sus principales intereses de investigación? ¿Cómo se han desarrollado estos intereses a lo largo de los años?
Bartolozzi: En mi doctorado. En mi tesis doctoral, desarrollé un chip inspirado en las sinapsis del sistema visual humano, en particular los mecanismos de atención selectiva. Un sistema de este tipo nos ayuda a comprender la posición de algo importante en nuestro campo de visión, de modo que podamos alinear nuestra mirada y capturarlo en la parte de alta resolución de la retina (la fóvea) mientras capturamos su periferia en baja resolución. Con información visual, el chip que introduje identifica la parte más interesante de los estímulos para que puedas apuntarle con una cámara.
Representación esquemática del novedoso circuito sináptico VLSI de Bartolozzi, el Diffpair Integrator (DPI), junto con circuitos de prueba que amplían la funcionalidad de la sinapsis. Imagen cortesía de IEEE
Luego me mudé al IIT y comencé a explorar las aplicaciones del chip que desarrollé en robótica, particularmente en el robot humanoide iCub. Debido a que la comunidad de robótica centrada en la ingeniería neuromórfica es todavía relativamente pequeña, nuestro progreso ha sido bastante lento. Actualmente estamos desarrollando circuitos de percepción táctil y algoritmos para recopilar información de sensores.
¿Cómo espera que se desarrolle el campo de la computación neuromórfica en los próximos años?
Bartolozzi: El campo está creciendo en muchas direcciones. Por un lado, se están realizando esfuerzos para crear plataformas que puedan simular muchas neuronas. Por otro lado, está la integración de circuitos informáticos en memoria para miniaturizar sistemas.
Chiara Bartolozzi con iCub, el robot humanoide desarrollado en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT).
Otra buena dirección que está surgiendo es el concepto de encarnación. Cuando observamos cómo el cerebro resuelve problemas, mucha información proviene del hecho de que tenemos un cuerpo; Sabemos cómo nos movemos y cómo existe nuestro cuerpo en el espacio. En ingeniería neuromórfica, la encarnación consiste en combinar una gran cantidad de información recopilada de diferentes sensores teniendo en cuenta los movimientos que producen esa información. Me gustaría ver que el campo se desarrolle en esta interesante dirección, pero si eso sucede, llevará tiempo.
¿Puedes decirnos qué es lo que más te gusta de ser ingeniero eléctrico y qué te resulta más desafiante?
Bartolozzi: Me fascina descubrir cómo utilizar transistores más allá del ámbito digital. La ventaja de este uso de transistores es que se consiguen corrientes muy bajas y un consumo de energía muy bajo. La física subyacente es similar a la corriente subyacente dentro de las membranas celulares. Estoy entusiasmado con lo que podemos construir con este enfoque, incluidos circuitos muy compactos que pueden replicar comportamientos de nivel superior en robots.
Dos aspectos de la ingeniería electrónica que encuentro más difíciles son 1) esperar a que los circuitos estén disponibles comercialmente y 2) traducir el desempeño de las simulaciones en experimentos del mundo real. En muchos casos, los investigadores logran un rendimiento prometedor al probar circuitos y componentes en un entorno simulado, pero luego notan una diferencia significativa en el rendimiento cuando se aplican a sistemas reales. Esto puede resultar muy frustrante, pero también nos motiva a diseñar nuevos sistemas que reflejen mejor la realidad.
¿Colaboras con otras universidades e investigadores de todo el mundo?
Bartolozzi: Recientemente coordiné NeuTouch, un proyecto financiado por la UE que ha creado una red de doctorado de 15 estudiantes en institutos de toda Europa que trabajan en diferentes aspectos del tacto. Los estudiantes de esta red llevaron a cabo estudios diferentes pero complementarios, que van desde estudios de neurociencia que examinan cómo el cerebro procesa los estímulos táctiles hasta estudios de ingeniería que desarrollan circuitos para sensores táctiles. Luego, algunos estudiantes aplicaron estos conceptos a robots y prótesis. Un equipo también llevó a cabo un extraño experimento, estudiando cómo una persona podría usar un tercer brazo artificial y cómo se representan las señales de esa mano en el cerebro.
También apoyo activamente a la comunidad neuromórfica promoviendo colaboraciones internacionales en el Taller Capocaccia, donde soy miembro del consejo asesor científico. Durante este taller de 15 días, Ph.D. Estudiantes, postdoctorados y profesores de varios institutos debaten temas importantes en neurociencia y tecnología inspirada en el cerebro.
A la luz del Mes de la Historia de la Mujer, ¿qué le gustaría que supieran otras mujeres jóvenes interesadas en este campo?
Bartolozzi: Actualmente soy presidenta del comité de una de las sociedades de sistemas y circuitos del IEEE llamada Women in Circuits and Systems. Estamos pensando detenidamente en lo que podemos hacer para ayudar a las mujeres y las minorías que están subrepresentadas en la comunidad de diseño electrónico.
No es tan fácil para las mujeres o las comunidades subrepresentadas formar parte de una red. Por eso quiero enfatizar la importancia de tener una red de colegas y profesores que conocen tu trabajo porque te ven en conferencias y reuniones. Si bien esto puede resultar un desafío, especialmente para personas reservadas, puede resultar útil compartir ideas, recibir apoyo e iniciar colaboraciones. Los supervisores pueden apoyar a los estudiantes en esto, y si no, es recomendable pedirles ayuda.
¿Cuál fue tu experiencia como mujer en ingeniería eléctrica?
Bartolozzi: A veces sentí que me resultaba más difícil ser escuchada en las reuniones y que algunas declaraciones de colegas varones eran más tenidas en cuenta. Esto podría deberse a que yo era la única mujer en la habitación o a que no estaba presionando mucho para que me escucharan. Siempre fui una de las pocas mujeres allí y me pareció importante estar allí para mostrarles a las nuevas generaciones que las mujeres también pueden llegar allí.
También observé disparidades salariales y algunos comentarios desagradables sobre cómo las mujeres alcanzaron puestos profesionales. Afortunadamente esto vino de unos pocos individuos y no creo que sea justo generalizar. También tuve suerte porque mi Ph.D. El supervisor siempre me ha apoyado mucho y me ayudó a ingresar a la comunidad animándome en conferencias y presentándome a sus colegas. Como resultado, ahora tengo una red muy sólida.
Finalmente, ¿de qué logros de investigación está más orgulloso?
Bartolozzi: Una de las cosas de las que estoy más orgulloso es el diseño de la sinapsis que presenté en mi tesis doctoral. Tesis que aún se utiliza después de muchos años. Otra cosa de la que estoy orgulloso son los logros de uno de los estudiantes de posgrado. Estudiantes que superviso y que recientemente recibieron una beca personal de la Comisión Europea para financiar su trabajo postdoctoral. La apoyé al redactar la subvención, brindarle comentarios y conectarla con otras personas de nuestra comunidad. Esto me parece un gran logro profesional y estoy muy orgulloso de ello. Finalmente, estoy muy orgulloso del trabajo que he supervisado recientemente centrado en la baja latencia y la visión basada en eventos para robots.
Bartolozzi coordina varios proyectos de investigación interesantes en el IIT con el objetivo de desarrollar chips y sensores de próxima generación inspirados en el cerebro. Es miembro distinguido del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y ha coordinado varios proyectos europeos e internacionales, incluida la red de formación europea “NeuTouch”, que explora diversos aspectos del tacto. Los socios de investigación de doctorado para este proyecto procedieron de Bielefeld en Alemania, Sheffield en el Reino Unido, Gotemburgo en Suecia, EPFL en Suiza, Pal Robotics en España y SISSA en Trieste (norte de Italia). Bartolozzi también coordinó Capocaccia, un taller de computación neuromórfica con sede en Cerdeña, y participó en un taller de cognición neuromórfica financiado por la NSF en Telluride.
Puede visitar su perfil IIT para mantenerse actualizado con su investigación y obtener más información sobre su trabajo.
Todas las imágenes utilizadas son cortesía del IIT.
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