Criado um processador molecular que imita o cérebro humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2010

Em cima, imagens de ressonância magnética do cérebro humano durante a execução de diferentes tarefas. Embaixo, padrões de evolução similares são observados na camada molecular que forma o novo processador orgânico.
[Imagem: Anirban Bandyopadhyay]

Uma equipe de pesquisadores do Japão e dos Estados Unidos anunciou a criação de um circuito capaz de evoluir e resolver problemas extremamente complexos de forma naturalmente paralela, de forma semelhante ao que acontece no cérebro humano.

Inserido nas pesquisas da chamada computação molecular, o feito inédito representa uma mudança de paradigma em relação à atual computação digital, baseada na solução sequencial de problemas.

Segundo os cientistas, o circuito molecular orgânico é a primeira demonstração prática já feita de um "circuito capaz de evoluir", inspirado no mesmo processo usado pelo cérebro humano.

Processamento neural

Os circuitos de processamento de dados dos computadores digitais são estáticos - uma vez construídos, eles serão capazes de fazer sempre as mesmas operações.

Nos nossos cérebros, ao contrário, os circuitos de processamento de informações - os neurônios e suas redes - evoluem continuamente para resolver problemas novos e mais complexos.

"Os computadores modernos são muito rápidos, capazes de executar trilhões de operações por segundo. Nossos neurônios, por outro lado, somente disparam cerca de mil vezes por segundo. Mas isso me permite ver você, reconhecê-lo, falar com você e ouvir alguém andando no corredor, tudo simultaneamente. Isso é uma tarefa impraticável mesmo para o mais rápido supercomputador," disse Ranjit Pati, um dos autores do trabalho.

Pati afirma que o computador molecular foi ideia do seu colega Anirban Bandyopadhyay, ambos atualmente pesquisadores da Universidade Tecnológica de Michigan. Seus colaboradores japoneses trabalham no Instituto Nacional de Ciências dos Materiais e no Instituto de Tecnologia da Informação do Japão.

Processamento paralelo

As moléculas do processador orgânico podem chavear entre quatro estados condutores - 0, 1, 2 e 3 - ao contrário dos sistemas binários dos computadores digitais, que estão limitados a 0s e 1s.
[Imagem: Bandyopadhyay et al./Nature Physics]

Apesar da aparente lentidão do cérebro humano em relação aos computadores - comparando a velocidade de chaveamento dos transistores (10¹³) e a velocidade de disparo dos neurônios (10³) - os computadores atuais somente operam sequencialmente. Uma vez estabelecida uma rota ao longo do seu circuito, isto nunca irá mudar.

No nosso cérebro, ao contrário, os impulsos elétricos formam vastas redes dinâmicas, que evoluem constantemente, e que operam coletivamente. É por isto que é tão difícil transportar a forma de resolver problemas do cérebro humano para os computadores.

Da mesma forma, o "circuito evolutivo" deste novo processador molecular é massivamente paralelo, permitindo interconexões simultâneas de até 300 bits.

Processador molecular evolutivo

Para construir o seu processador orgânico evolucionário, os cientistas usaram a DDQ, uma molécula hexagonal feita de nitrogênio, oxigênio, cloro e carbono. As moléculas DDQ se estabeleceram por conta própria, em um processo chamado automontagem, formando duas camadas sobre um substrato de ouro.

As moléculas DDQ podem chavear entre quatro estados condutores - 0, 1, 2 e 3 - ao contrário dos sistemas binários dos computadores digitais, que estão limitados a 0s e 1s.

"A melhor parte é que aproximadamente 300 moléculas 'falam' umas com as outras de uma vez só durante o processamento das informações," explica Pati. "Nós realmente imitamos como os neurônios se comportam no cérebro."

Solução de problemas intratáveis

As cadeias de chaves moleculares, capazes de interagirem simultaneamente, poderão permitir a solução de problemas hoje intratáveis e para os quais não existem nem mesmo algoritmos que possam ser codificados para rodarem nos computadores atuais.

As cadeias de chaves moleculares, capazes de interagirem simultaneamente, poderão permitir a solução de problemas hoje intratáveis e para os quais não existem nem mesmo algoritmos que possam ser codificados para rodarem nos computadores atuais.
[Imagem: Bandyopadhyay et al./Nature Physics]

Isto está levando os cientistas a considerarem que essa nova arquitetura, se tornada prática, será capaz de produzir soluções para problemas como a previsão de calamidades naturais ou o surgimento de epidemias - exemplos de situações complexas demais para os computadores atuais.

Para demonstrar essa capacidade, os cientistas simularam dois fenômenos naturais utilizando apenas seu processador molecular: a difusão de calor e a evolução de células cancerosas. Eles também resolveram problemas de lógica clássica, incluindo os complicados diagramas de Voronoi.

Arquitetura paralela

Como é baseado em uma camada molecular orgânica, o novo processador biologicamente inspirado ainda é capaz de se autoconsertar se surgir algum defeito - da mesma forma que, quando um neurônio morre, outro neurônio assume sua função.

"Além de representar uma mudança conceitual do processamento serial com arquiteturas estáticas, nossa abordagem paralela e dinamicamente reconfigurável poderá fornecer meios de resolver problemas computacionais intratáveis por qualquer outro meio," dizem os pesquisadores em seu artigo.

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