Superneurônio artificial faz tudo, da detecção da luz ao processamento por IA

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/09/2023

O novo componente permite abordagens multifuncionais, da detecção à computação na memória.
[Imagem: Xiao Fu et al. - 10.1038/s41377-023-01079-5]

Superneurônio artificial

Nos sistemas de visão de máquina mais modernos, baseados em inteligência artificial, a informação óptica é capturada por uma câmera digital de alta velocidade e, em seguida, o sinal digital é processado usando algoritmos de aprendizado de máquina.

Seja em uma linha de inspeção de produtos em uma indústria ou em um veículo autônomo, isso exige que uma grande quantidade de dados - a maior parte redundantes, já que nem tudo muda de um quadro de imagem para outro - tem que ser transferida dos sensores para as unidades de processamento (CPUs), o que gera uma latência elevada e um alto consumo de energia.

Para resolver este problema, muito esforço tem sido dedicado ao desenvolvimento de uma abordagem mais eficiente, onde algumas das tarefas computacionais e de memória sejam transferidas para sensores especiais (computação na borda), que sejam capazes de perceber e processar o sinal óptico simultaneamente (computação na memória).

Tudo isto acaba de ser embutido em um novo componente inteligente, uma espécie de "superneurônio artificial", que é capaz de detectar, ler, processar e ainda armazenar a informação de cada píxel da imagem em modo não volátil. Este novo componente viabiliza a criação de plataformas completas de visão neuromórfica e processamento neuromórfico por meio da computação na memória.

Para isso, o componente, um tipo de memoristor acionado por luz - um fotomemoristor -, trabalha não apenas com os elétrons gerados pela fotoexcitação de cada píxel, mas também por meio da migração iônica.

E este componente multifuncional tem apenas dois terminais.
[Imagem: Xiao Fu et al. - 10.1038/s41377-023-01079-5]

Componente faz-tudo

O fotomemoristor não volátil apresenta uma responsividade reconfigurável que pode ser modulada pela carga elétrica e/ou pelo fluxo de fótons que o atingem quando ele captura a imagem, que já fica armazenada no dispositivo, sem precisar ser transferida no modo tradicional das câmeras digitais.

E, pela primeira vez, a equipe conseguiu usar componentes desse tipo para implementar uma lógica computacional completa, na qual o mesmo fotomemoristor serve como porta lógica e como memória, usando a fotorresposta como variável de estado físico - em vez de luz - tensão e memorresistência.

Ao imitar as funcionalidades biológicas da retina humana, esses componentes multifuncionais permitem projetar estruturas de computação específicas, podendo atuar como redes neurais para processamento visual neuromórfico, implementação de operações lógicas com estado de resposta fotográfica - com estímulos elétricos e luminosos simultâneos - e aplicações de inteligência artificial em geral, com a grande vantagem de integrar tudo, da detecção da luz ao processamento.

"Projetamos um dispositivo de dois terminais com [molibdenita] e grafeno específico para três propósitos em um: (1) fornecer baixa energia de barreira para a migração de íons de oxigênio; (2) funcionar como heteroestruturas de van der Waals geométricas-assimétricas metal-semicondutor-metal com estados de multifotorresposta; e (3) como uma extensão de um memoristor, este dispositivo não apenas fornece condutância ajustável, mas também demonstra fotorresposta reconfigurável para leitura em tensão de polarização zero," detalharam Xiao Fu e colegas da Universidade Zhejiang, na China.

Este novo conceito de fotomemoristor de dois terminais não apenas permite abordagens completas de computação na memória e sensoriamento de visão neuromórfica, como também já nasce talhado para uma integração de alta densidade, uma vez que se baseia unicamente em semicondutores 2D.

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