Computação iônica: Íons resolvem funções matemáticas e lógicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/10/2024

Implementação do processador iônico neuromórfico.
[Imagem: University of Twente]

Computação com íons

Um novo método para controlar com precisão reações químicas envolvendo íons metálicos está lançando as bases para uma arquitetura completamente nova para a construção de computadores que funcionam como o cérebro humano, baseados em processadores neuromórficos.

A quase totalidade dos processadores que imitam o cérebro se baseia em componentes com memória própria, os memoristores, mas todos os seres vivos respondem ao seu ambiente por meio de uma sequência de reações químicas complexas, o que tem levado a diferentes abordagens para recriar o processamento de informações da natureza e, eventualmente, criar arquiteturas alternativas de computação.

Dmitrii Kriukov e seus colegas da Universidade de Twente, nos Países Baixos, enveredarem por uma via de computação molecular, programando reações químicas para não apenas responder às condições atuais, mas também "lembrar" eventos anteriores.

Usando íons metálicos, os pesquisadores controlaram a taxa de reações autocatalíticas, reações químicas que se aceleram sozinhas, e então usaram essa técnica para converter a molécula tripsinogênio em tripsina. Ao adicionar uma substância que pode desacelerar essa conversão, os pesquisadores criaram um sistema que pode permanecer em dois estados, o que lhe possibilita armazenar informações temporariamente, dando às moléculas uma forma de memória que lhes permite funcionar como bits para processamento digital.

"Encontramos um possível bloco de construção para sistemas inteligentes," disse o professor Albert Wong.

Princípio da "lógica iônica".
[Imagem: Dmitrii V. Kriukov et al. - 10.1038/s41467-024-52649-z]

IA e materiais inteligentes

Usando seus íons metálicos, a equipe conseguiu imitar funções matemáticas complexas, incluindo polinômios como equações lineares e parábolas, bem como funções lógicas booleanas, que produzem resultados diferentes com base na entrada.

Os experimentos usaram íons dos elementos químicos cálcio, lantânio e neodímio (Ca2+, La3+ e Nd3+), mas há possibilidade de usar muitos outros.

Embora ainda seja apenas uma demonstração de conceito, a descoberta abre novas possibilidades para programar redes químicas simples para aplicações em inteligência artificial ou para criar materiais inteligentes, que possam responder a alterações ambientais ou reagir a condições predeterminadas.

"Demonstramos que esse tipo de controle permite ajustar a cinética na rede, alterando assim a natureza do feedback positivo. As simulações e experimentos revelam que uma entrada com um ou mais íons metálicos permite saídas temporais e dependentes do histórico que podem ser mapeadas em uma variedade de funções matemáticas," concluiu a equipe.

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