Nanofios viram neurônios artificiais para computadores neuromórficos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2018

Imagem do memoristor de nanofio capturada por um microscópio eletrônico. O eletrodo de prata aparece em azul, o nanofio em laranja e o eletrodo de platina em amarelo. As bolhas azuis são os íons liberados pelos eletrodos, formando uma ponte no nanofio.
[Imagem: Forschungszentrum Jülich]

Computadores neuromórficos

Um novo elemento memorresistivo - um memoristor - feito de nanofios funcionou de maneira similar a uma célula nervosa biológica, com várias vantagens em relação aos componentes desse tipo desenvolvidos até hoje.

O componente é capaz de armazenar e processar informações, além de receber numerosos sinais em paralelo.

A célula de comutação resistiva feita de nanofios de cristais de óxidos provou ser a candidata ideal para a construção de processadores neuromórficos bioinspirados, capazes de assumir as diversas funções das sinapses e dos neurônios biológicos.

Sistemas com chips neuromórficos, que imitam a maneira como o cérebro humano funciona, oferecem vantagens significativas, podendo trabalhar de forma descentralizada, tendo à disposição uma infinidade de processadores, que, como os neurônios no cérebro, são conectados uns aos outros por redes neurais - se um processador falhar, outro poderá assumir sua função. Além disso, assim como no cérebro, onde a prática leva a uma melhor transferência de sinal, um processador bioinspirado tem potencial para ter a capacidade de aprender, além de operar de forma naturalmente paralela.

"Com a tecnologia de semicondutores atual, essas funções já são, até certo ponto, alcançáveis. Contudo, esses sistemas são adequados apenas para aplicações específicas e exigem muito espaço e energia," explicou a professora Ilia Valov, do Centro de Pesquisas Julich, na Alemanha. "Nossos componentes de nanofios, fabricados com cristais de óxido de zinco, podem processar e armazenar informações, além de serem extremamente pequenos e eficientes em termos energéticos.

O memoristor de nanofios funciona como uma sinapse artificial.
[Imagem: Gianluca Milano et al. - 10.1038/s41467-018-07330-7]

Memoristores de nanofios

Os memoristores, ou células memorresistivas, alteram sua resistência elétrica dependendo da intensidade e da direção da corrente elétrica que flui através deles. Em contraste com os transistores convencionais, seu último valor de resistência permanece intacto mesmo quando a corrente elétrica é desligada. Memoristores são, portanto, fundamentalmente capazes de aprender e compôr uma memória não-volátil.

Essas propriedades foram agora obtidas usando um único nanofio de óxido de zinco. Medindo aproximadamente um milésimo de milímetro de tamanho, esse tipo de nanofio é mais de mil vezes mais fino do que um fio de cabelo humano. O componente memorresistivo resultante não apenas ocupa muito pouco espaço, mas também é capaz de alternar entre um estado e outro muito mais rapidamente do que uma memória flash.

Para criar um memoristor funcional, ambas as extremidades do nanofio devem ser ligadas a metais adequados, neste caso, platina e prata. Os metais funcionam como eletrodos e, além disso, liberam íons quando recebem uma corrente elétrica em nível adequado. Os íons de metal espalham-se pela superfície do fio e constroem uma ponte para alterar sua condutividade.

Os componentes feitos de nanofios individuais até agora só foram testados isoladamente. Para serem de uso prático, o próximo passo será produzir e testar um elemento memoristivo completo, composto de várias centenas de nanofios operando em conjunto.

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