Dois componentes cognitivos se juntam para acelerar neurocomputação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/12/2021

As três camadas coloridas na parte inferior ilustram um oscilador, que pode realizar diferentes tipos de cálculos quando vários são montados em rede. O memoristor é a camada semitransparente com um contato superior vermelho e preto. Este contato pode ser usado para controlar como os íons (as bolas cinza escuro) no isolador se posicionam, o que permite o controle da resistência do componente.
[Imagem: Mohammad Zahedinejad]

Neurônio artificial spintrônico

Engenheiros do Japão e da Alemanha conseguiram juntar dois componentes que nos deixam mais próximos de alcançar a computação neuromórfica, quando os computadores funcionarão de forma mais parecida com um cérebro.

Um dos componentes já é a estrela da neurocomputação, o memoristor, um componente já considerado "cognitivo" porque ele consegue se lembrar dos dados que guardou antes.

O outro componente é o bem mais conhecido oscilador, capaz de produzir um sinal repetitivo e de realizar diferentes tipos de cálculos ao interagir com outros osciladores em uma rede ou em uma cadeia. O detalhe é que o componente com que a equipe trabalhou é um oscilador spintrônico, o que significa que ele funciona com base no momento magnético dos elétrons.

O que Mohammad Zahedinejad e seus colegas fizeram foi integrar os dois componentes, criando osciladores controlados por memoristores, ou, mais tecnicamente, neurônios artificiais spintrônicos memorresistivos.

Em termos funcionais, isto significa que o novo componente combina o armazenamento local não-volátil do memoristor com o cálculo da frequência de micro-ondas das redes de nano-osciladores, o que lhe permite imitar de forma muito fiel as redes neurais oscilatórias não-lineares do cérebro humano.

"Até agora, neurônios artificiais e sinapses foram desenvolvidos separadamente em muitos campos; este trabalho é um marco importante: Dois elementos funcionais foram combinados em um," destacou o professor Shunsuke Fukami, da Universidade Tohoku, no Japão.

"Usando as matrizes de osciladores spintrônicos controlados por memoristor, poderemos controlar as interações sinápticas entre neurônios adjacentes e programá-los em estados mutuamente diferentes e parcialmente sincronizados," detalhou Zahedinejad, da Universidade de Gotemburgo.

Esquema de um oscilador spintrônico controlado por memoristor em dois de seus estados resistivos fundamentalmente diferentes; (esquerda) modo controlado por campo elétrico no estado de alta resistência e (direita) modo controlado por corrente via ponte condutora (CB) no estado de baixa resistência.
[Imagem: S. Fukami/J. Akerman]

Neurocomputação

Para colocar o novo componente para funcionar, os pesquisadores construíram um dispositivo de teste composto por apenas um de cada um dos elementos: Um oscilador, ou seja, o neurônio, e um memoristor, ou seja, a sinapse.

A resistência elétrica do memoristor mudava com a "inércia" (histerese) da tensão aplicada ao eletrodo superior. No estado de baixa resistência, a corrente flui normalmente; no estado de alta resistência, o componente é sujeito a um campo elétrico. Os efeitos do campo elétrico e da corrente no oscilador diferem entre si, oferecendo vários controles de oscilação e propriedades de sincronização.

Essa versatilidade poderá ser aplicada a várias tecnologias emergentes, uma vez que o campo da neurocomputação ainda está por ser bem delineado.

"Estamos particularmente interessados em esquemas de computação emergentes, inspirados pela [computação] quântica, como as Máquinas de Ising," disse o professor Johan Akerman, referindo-se a um tipo de processador spintrônico que começou a ser demonstrado nos últimos anos.

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