Comportamento computacional emerge em nanoestrutura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/05/2015

Os memristores de nanofios (esquerda), dispostos de forma totalmente aleatória, apresentam um comportamento de "computação emergente".
[Imagem: Adam Stieg Lab]

Auto-organização

Há poucos dias, pesquisadores brasileiros apresentaram uma nova técnica de computação com nanotubos de carbono que se ajustam para executar cálculos sem a necessidade de montar e conectar componentes um a um.

O conceito é tão inovador que a equipe batizou sua técnica de "evolução na matéria".

Agora, uma equipe dos EUA e do Japão apresentou um mecanismo similar que, apesar de usar nanofios de cobre e prata em vez de nanotubos, também foi buscar inspiração na natureza e apresenta um comportamento emergente.

"O dispositivo que criamos é capaz de gerar auto-organização rapidamente em um pequeno chip, com grande velocidade. Além disso, ele supera a questão da complexidade exponencial como função da complexidade dos problemas, como nos computadores atuais," disse o professor James Gimzewski, que já vem trabalhando com sinapses artificiais há algum tempo.

Rede atômica

O dispositivo é uma rede atômica em nanoescala que apresenta o fenômeno da memresistência, o efeito responsável pelo funcionamento dos memristores, ou sinapses eletrônicas, componentes que estão permitindo a criação de processadores neuromórficos, que imitam o funcionamento do cérebro.

A característica de memória gerada pela memresistividade é essencial para tratar sistemas complexos porque ela é a base da capacidade de aprender, interagir com o ambiente e resolver problemas nos quais os dados estão incompletos ou em constante mutação.

O circuito é formado por uma rede de nanobastões de cobre, sobre os quais são criados nanofios de prata - essa construção foi possível graças a uma técnica desenvolvida pela mesma equipe, chamada soldagem química, que facilitou muito a criação de circuitos moleculares.

À esquerda, a rede de eletrodos, sobre os quais é montada a rede de nanofios que se auto-organiza (direita).
[Imagem: E. C. Demis et al. - 10.1088/0957-4484/26/20/204003]

Inteligência artificial

Os experimentos demonstraram que a nanoestrutura desenvolve um "comportamento emergente", no qual as interações entre as saliências individuais geram padrões de atividade elétrica que não podem ser atribuídos a nenhuma saliência individualmente, mas apenas à rede como um todo.

A rede de chaves atômicas também tem uma capacidade intrínseca para a adaptação, uma vez que as conexões dos nanofios de prata estão constantemente reconfigurando-se, e as chaves formam-se e dissolvem-se constantemente em diferentes locais da rede.

Essa capacidade é particularmente útil para analisar e simular eventos complexos da natureza, incluindo visão artificial, sintetização de voz, cálculos de melhores rotas entre dois pontos e análise de imagens.

"Pretendemos avançar rumo a um sistema mórfico híbrido juntando o melhor da computação convencional com as capacidades do nosso dispositivo tipo neural, e desenvolver uma nova forma de programação que se baseie em redes sinápticas e memórias distribuídas. Este seria um passo radical no desenvolvimento real da inteligência artificial," concluiu Gimzewski.

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