Sinapse artificial para computador neuromórfico funciona com água e sal

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/04/2024

Representação gráfica da sinapse, que consiste em esferas coloidais com nanocanais entre elas.
[Imagem: Utrecht University]

Sinapse artificial fluídica

Uma equipe reunindo físicos teóricos dos Países Baixos e um pessoal mão na massa da Coreia do Sul construiu uma sinapse artificial "molhada", muito mais parecida com suas equivalentes biológicas do que os componentes rígidos e secos que têm fundamentado os primeiros passos da computação neuromórfica.

Funcionando com água e sal, o dispositivo fluídico é a primeira evidência de que um sistema que utiliza o mesmo meio que o nosso cérebro pode processar informações complexas.

A quase totalidade dos processadores atuais inspirados no cérebro usa materiais sólidos convencionais interligados por fluxos de elétrons, mas nossos cérebros funcionam usando água e partículas de sal dissolvidas, chamadas íons, como meio de comunicação - o cérebro não é eletrônico, ele é ionotrônico.

Mas, até hoje não estava claro - nem teoricamente e nem de forma prática - se uma arquitetura molhada e ionotrônica poderia alcançar o nível de rendimento para uma computação prática.

"Embora já existam sinapses artificiais capazes de processar informações complexas baseadas em materiais sólidos, agora mostramos pela primeira vez que esse feito também pode ser realizado usando água e sal. Estamos replicando efetivamente o comportamento neuronal usando um sistema que emprega o mesmo meio que o cérebro," disse o professor Tim Kamsma, da Universidade de Utrecht.

Micrografia do memoristor ionotrônico.
[Imagem: Utrecht University]

Memoristor ionotrônico

O elemento chave da arquitetura neuromórfica iônica é um componente triangular, medindo 150 por 200 micrômetros, que imita o comportamento de uma sinapse, um elemento essencial do cérebro responsável pela transmissão de sinais entre os neurônios.

Tecnicamente um memoristor ionotrônico, a sinapse artificial é composta por um microcanal em forma de cone preenchido com uma solução de água e sal. Ao receber impulsos elétricos, os íons dentro da solução migram através do canal, gerando alterações na concentração de íons.

A condutividade do canal ajusta-se em resposta à intensidade (ou duração) do pulso elétrico, refletindo o fortalecimento ou enfraquecimento das ligações entre os neurônios. A extensão da mudança na condutância serve como uma representação mensurável do sinal de entrada.

Uma descoberta adicional é que o comprimento do canal afeta a duração necessária para que as alterações de concentração se dissipem. "Isto sugere a possibilidade de adaptar canais para reter e processar informações por durações variadas, novamente semelhantes aos mecanismos sinápticos observados em nossos cérebros," disse Kamsma.

O trabalho envolveu também a demonstração teórica fundamentando a computação baseada na nova sinapse neuromórfica "molhada".
[Imagem: Tim M. Kamsma et al. - 10.1073/pnas.2320242121]

Do incerto para o possível

A equipe destaca a natureza fundamental da sua pesquisa, ressaltando que a computação neuromórfica ionotrônica, embora venha experimentando um rápido crescimento, ainda está em sua infância. A visão de futuro é um sistema de computador muito superior em eficiência e consumo de energia em comparação com a tecnologia atual.

Se esta visão irá se materializar ou não ainda era considerado altamente especulativo, mas esta nova demonstração é um avanço significativo para lhe dar um caráter experimental e, quem sabe, prático.

"[Nossa sinapse artificial] representa um avanço crucial em direção aos computadores, não apenas capazes de imitar os padrões de comunicação do cérebro humano, mas também de utilizar o mesmo meio," afirmou Kamsma. "Talvez isto acabe abrindo caminho para sistemas de computação que reproduzam com mais fidelidade as extraordinárias capacidades do cérebro humano."

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