Chip neuromórfico imita retina e cérebro juntos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/06/2023

Este é o chip de visão neuromórfica.
[Imagem: RMIT University]

Visão neuromórfica

Pesquisadores australianos criaram um chip que "enxerga" e cria memórias de maneira semelhante aos humanos, em um passo promissor rumo a aplicativos capazes de tomar decisões rápidas e complexas, como no processamento de imagens para a navegação de drones e carros autônomos.

O chip neuromórfico captura, processa e armazena informações visuais, imitando a capacidade do olho humano de capturar a luz, pré-empacotar informações e então transmiti-las pelo nervo óptico. Só que o chip também faz a parte do cérebro, recebendo essas informações, armazenando-as e classificando-as em um sistema de memória - essencialmente, uma inteligência artificial em hardware.

Aishani Mazumder e seus colegas da Universidade RMIT afirmam que o chip pode executar todas as funções necessárias - detecção, criação e processamento de informações e retenção de memórias - sem depender de computação externa, com seu associado uso intensivo de energia, o que vem impedindo a tomada de decisões em tempo real.

"Em comparação, o processamento digital é intensivo em energia e emissão de carbono e inibe a coleta e o processamento rápido de informações," disse a pesquisadora. "Os sistemas de visão neuromórfica são projetados para usar processamento analógico semelhante ao cérebro humano, o que pode reduzir bastante a quantidade de energia necessária para realizar tarefas visuais complexas em comparação com as tecnologias atuais."

O fotossensor mede apenas 3 nm, menos da metade dos atuais transistores.
[Imagem: Aishani Mazumder et al. - 10.1002/adfm.202303641]

Retina com memória e processamento

O chip neuromórfico é resultado de vários anos de trabalho da equipe, baseando-se tanto em um fotodetector ultraminiaturizado quanto no neuroprocessador fotônico que a equipe apresentou há três anos.

Os melhoramentos foram obtidos graças à incorporação do semicondutor óxido de índio (In₂O₃), que não depende de componentes externos para fazer seu trabalho. É esse sensor de imagem de elemento único e ultraminiaturizado - cada um mede cerca de 3 nanômetros - que permite imitar as capacidades da retina.

Outra vantagem do sensor é que ele possui uma longa latência óptica, o que significa que ele retém a informação sobre a luz que captou por longos períodos sem a necessidade de aplicação de energia, como acontece nas memórias eletrônicas tradicionais, que precisam ser reescritas a cada poucos nanossegundos - o sensor mantém a fotocorrente gerada pela incidência da luz.

E, usando os avanços já realizados nos protótipos anteriores, a equipe conseguiu fazer o processamento na memória, o que explica porque retina e cérebro são simulados dentro de um único chip - a computação na memória elimina a necessidade de que os dados trafeguem entre o processador e os chips de memória.

Micrografias do chip (linha superior) e diagrama do sistema de teste.
[Imagem: Aishani Mazumder et al. - 10.1002/adfm.202303641]

Mais luz

O protótipo funciona com luz ultravioleta, mas a equipe afirma que já está trabalhando em versões capazes de trabalhar com luz infravermelha e, posteriormente, incluir toda a faixa da luz visível.

Quando esses desenvolvimentos forem alcançados, o chip terá muitas aplicações possíveis, como visão biônica, operações de veículos autônomos, sistemas de vigilância e sistemas de inspeção em ambientes industriais e comerciais.

"Imagine um carro autônomo que possa ver e reconhecer objetos na estrada da mesma forma que um motorista humano, ou ser capaz de detectar e rastrear rapidamente o lixo espacial. Isso será possível com a tecnologia de visão neuromórfica," disse o professor Sumeet Walia, coordenador da equipe.

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