Uno de los grandes retos de las tecnologías que calificamos —según algunos, erróneamente— como “inteligencia artificial” es el de reproducir el funcionamiento de la sapiencia humana de manera digital. El cerebro es el gran órgano que se busca descifrar y codificar con unos y ceros, pero “solo” es el centro de una arquitectura mucho más grande, el sistema nervioso, encargado de captar los estímulos externos del cuerpo y convertirlos en señales eléctricas que se puedan procesar. Y esta macroestructura es en la que se especializa la ingeniería neuromórfica, que busca reproducir, a través de circuitos electrónicos, un funcionamiento similar.
Esta innovadora tecnología tiene todavía un gran campo por explorar, pero ya han comenzado a surgir proyectos que ven en ella una solución a problemas del día a día. Y una de estas chispas de ingenio se encendió en el cerebro del científico catalán Josep Maria Margarit entre 2012 i 2013, mientras hacía una estancia predoctoral en el Instituto de Neuroinformática (INI) de la Universidad de Zúrich (UZH) y el Instituto Federal de Tecnología de Suiza (ETH Zúrich). Una idea que, hoy, está más cerca de llegar al mercado bajo el nombre de AiQUOS, la empresa derivada del Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB) del CSIC y del ya citado INI que diseña “lenguas electrónicas” para controlar la calidad del agua y otros parámetros de todo tipo de líquidos.
Margarit define la tecnología en la que trabaja AiQUOS como un “laboratorio autónomo miniaturizado en un microchip para monitorear agua y otros líquidos en tiempo real, en cualquier sitio y en el momento que haga falta”. Lo que ha conseguido su equipo ha sido fusionar los conocimientos en ingeniería neuromórfica adquiridos en el INI, uno de los centros pioneros en esta disciplina a nivel mundial, con “el tipo de sensores en los que somos expertos en el IMB”, según explica el fundador y coCEO de la empresa.
Simulando el sentido del gusto
Todo esto toma forma en unos microchips de silicio, diseñados por el equipo de AiQUOS, que incorporan varios elementos inspirados en el sistema nervioso humano para intentar simular el sentido del gusto. Así, las “decenas” de sensores que incluye el chip, encargados de detectar iones (partículas con carga eléctrica), esencias químicas electroactivas (que reaccionan a los estímulos eléctricos) y cambios en los voltajes eléctricos, hacen el trabajo de las papilas gustativas de la lengua.
Los chips de AiQUOS incorporan decenas de sensores que actúan como "papilas gustativas" y "neuronas" para captar y traducir información química del agua
Estos sensores permiten “traducir diferentes sabores o señales químicas en señales eléctricas”, los cuales después se envían a “neuronas” instaladas en la misma matriz de sensores, que se ocupan de “limpiar interferencias y transmitir solo la información más relevante”. Todos estos datos se envían en tiempo real al procesador central, el “cerebro” del sistema, que es donde “se fusiona todo y se integran todas las pistas, de manera que se puedan generar predicciones o alarmas”, explica Margarit.
Depuradoras, acuicultura o hidroponía
¿Y para qué sirve, todo esto? El primero de los casos de uso en los que ha trabajado más intensamente AiQUOS es el del monitoreo de la calidad del agua potable. Instalando sus microchips en sondas pueden analizar en tiempo real los componentes químicos del agua y enviar alertas en tiempo real cuando la calidad es más baja de la deseada, por ejemplo. Al mismo tiempo, con una configuración muy similar, la solución también permite monitorear tanques de acuicultura, de los cuales pueden ofrecer información como “si se consume más o menos comida o sobre las condiciones de los nutrientes que hay dentro del tanque”. Otra aplicación es la hidroponía, el cultivo de plantas que se hace con una base de agua y minerales en lugar de tierra. En estos casos, los chips de AiQUOS pueden analizar la calidad nutritiva de esos líquidos y, por lo tanto, “hacer más eficiente la alimentación y crecimiento de las plantas”.
Todas estas aplicaciones se basan principalmente en el análisis del agua para diferentes aplicaciones, pero la empresa también ha comenzado a trabajar con otras bases acuosas, con un mínimo de un 80 o 90% de agua. Uno de los campos en los que ven más futuro es el de los biofluidos, como el sudor, especialmente para medir el rendimiento de deportistas: “Si podemos monitorizar la composición iónica, podemos encontrar ciertas relaciones con el cansancio, la deshidratación y riesgos de sufrir alguna rampa o bajar en rendimiento”, ejemplifica Margarit.
Apoyo europeo y catalán a una investigación concentrada en Cerdanyola
Para conseguir desarrollar todo este sistema, el proyecto contó con el apoyo económico en 2017 de una Acción Marie Skłodowska-Curie, un programa de becas postdoctorales de la Unión Europea para dar apoyo a la investigación. Con este impulso, Margarit investigó durante dos años en Zúrich, momento en que ya trabajó en el primer caso de uso gracias a la colaboración con Aigües de Barcelona, empresa de la cual pudo extraer un primer conjunto de datos para entrenar el sistema. El segundo proyecto se centró en el monitoreo del sudor y, más adelante, el equipo recibió una ayuda de transferencia tecnológica de la Generalitat para aplicarlo al sector de la agricultura. Es con este apoyo económico que constituyeron la spin-off en marzo de 2024.
En la actualidad, AiQUOS tiene consolidado un primer prototipo del chip que ya incorpora las “neuronas sensoras”, pero no todavía el procesador que actuará como cerebro, una función que de momento se llevará a cabo “con dispositivos programables”. Con este producto, la empresa lleva a cabo ahora diferentes proyectos pilotos con socios “que nos permitan trabajar a escala industrial”, principalmente creando nuevos conjuntos de datos para ampliar los escenarios de uso de los chips y “seleccionar la configuración más adecuada para los cerebros procesadores”.
AiQUOS ya ha desarrollado el primer prototipo del chip y ahora trabaja en recabar más conjuntos de datos y en entrenar los algoritmos para afinar sus resultados a cada escenario
Cuando se finalicen estos dos procesamientos paralelos, la captación de datos y el entrenamiento de los algoritmos del procesador, el objetivo es incorporar directamente el “cerebro” dentro del chip, y con él lanzar la que será la segunda versión del producto. Margarit calcula que este momento llegará “en un mínimo de dos años”. De momento, la compañía se encuentra ahora en una fase “de expansión” con el cierre de dos o tres nuevas incorporaciones al equipo, después de haber firmado todos los acuerdos de transferencia y ejecutado los pasos administrativos necesarios para constituir la empresa derivada.
Todo este trabajo se está llevando a cabo desde las oficinas que AiQUOS tiene en el Parc de Recerca UAB (PRUAB), el mismo campus donde se ubican las instalaciones del IMB. “Con el PRUAB hemos tenido una relación estrecha y hemos colaborado con otras empresas que hay instaladas”, señala Margarit, que pone en valor “el tipo de investigación que se hace en Cerdanyola y en el campus” y la oportunidad “de obtener resultados conjuntos” con otras compañías derivadas que permitan “no solo avanzar la spin-off, sino la comunidad en general”. De hecho, el fundador explica que, en su etapa en el CSIC, había llevado “diferentes estudiantes que han trabajado temas muy relacionados con esta tecnología que se ha acabado transfiriendo”, y su objetivo es que “ahora también se vayan creando oportunidades para realizar prácticas y, hasta incluso, algunas ofertas de trabajo”.