Computação inspirada no cérebro ganha componentes dinâmicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2022

Os componentes neuromórficos funcionam em dois modos de operação, configuráveis em tempo de execução.
[Imagem: Rohit Abraham John et al. - 10.1038/s41467-022-29727-1]

Memoristor reconfigurável

Para construir um processador que funcione de forma similar ao cérebro, os pesquisadores usam componentes chamadores memoristores, que têm uma vantagem crucial em relação aos transistores: Eles têm memória, o que permite que eles se ajustem constantemente ao trabalho que estão fazendo.

Isso já é bastante, mas o cérebro é muito competente, tornando difícil imitá-lo. Por exemplo, ele sempre ajusta seus neurônios para criar diferentes redes neurais, com diferentes modos de funcionamento e diferentes funcionalidades.

Para fazer o mesmo - reproduzir diferentes arquiteturas de redes neurais - de modo artificial, você precisa configurar o memoristor de antemão, preparando-o para que ele funcione de um modo específico. E, depois de pronto, ele não consegue se ajustar a outro modo de funcionamento.

Pelo menos, não conseguia até agora.

Redes neurais dinâmicas

Rohit John e seus colegas de diversas instituições europeias acabam de criar um memoristor que pode chavear, em tempo de execução, entre dois modos de operação, permitindo variar a arquitetura da rede neural.

Os novos componentes neuromórficos podem alternar entre dois modos de operação durante o uso: Um modo em que o sinal fica mais fraco ao longo do tempo e morre (modo volátil), e outro em que o sinal permanece constante (modo não-volátil).

"Esses dois modos de operação também são encontrados no cérebro humano," compara John. Por um lado, os estímulos nas sinapses são transmitidos de neurônio para neurônio com neurotransmissores bioquímicos. Esses estímulos começam fortes e gradualmente se tornam mais fracos. Por outro lado, novas conexões sinápticas com outros neurônios se formam no cérebro enquanto aprendemos. Essas conexões são mais duradouras.

Isso permitirá reconfigurar o hardware para emular redes neurais típicas, redes neurais pulsadas e fazer a computação de reservatório, entre outras possibilidades, que a equipe pretende testar a seguir.

Os memoristores foram construídos com um semicondutor muito usado nas pesquisas de células solares.
[Imagem: Rohit Abraham John et al. - 10.1038/s41467-022-29727-11]

Memoristores mais similares aos neurônios

Os memristores que os pesquisadores construíram são feitos de nanocristais de perovskita, um material semicondutor conhecido principalmente por seu uso em células fotovoltaicas.

"A 'condução nervosa' nestes novos memoristores é mediada pela ligação temporária ou permanente de íons de prata de um eletrodo para formar um nanofilamento que penetra na estrutura da perovskita, através da qual a corrente pode fluir," explicou o professor Maksym Kovalenko, coordenador da equipe.

O processo pode ser regulado controlando o diâmetro do filamento de prata, de modo que ele gradualmente se decomponha em íons de prata individuais (modo volátil) ou fique mais grosso (modo não volátil). Isso é controlado pela intensidade da corrente elétrica conduzida pelo memristor: A aplicação de uma corrente fraca ativa o modo volátil, enquanto uma corrente forte ativa o modo não volátil.

"Estes componentes se aproximam mais dos neurônios reais do que os anteriores. Como resultado, eles ajudam os pesquisadores a testar melhor as hipóteses em neuroinformática e, assim esperamos, obter uma melhor compreensão dos princípios da computação de circuitos neuronais reais em humanos e animais," disse Giacomo Indiveri, membro da equipe.

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