C√©lulas eletr√īnicas inovadoras podem aprender como um c√©rebro humano

C√©lulas eletr√īnicas inovadoras podem aprender como um c√©rebro humano

Uma nova sinapse artificial inovadora pode abrir caminho para a cria√ß√£o de computadores que operam como o c√©rebro humano e, potencialmente, um dia permitir eletr√īnicos que possam se integrar perfeitamente ao nosso pr√≥prio c√≥rtex. A computa√ß√£o neurom√≥rfica tem como objetivo modelar os circuitos eletr√īnicos da maneira como os c√©rebros biol√≥gicos funcionam, mas tentar fazer com que esses circuitos operem com a mesma efici√™ncia que o que cresce dentro de nossos cr√Ęnios – assim como aprender como as c√©lulas cerebrais – provou ser complicado.

Um dos maiores desafios s√£o as interconex√Ķes. No c√©rebro, as sinapses unem os neur√īnios e s√£o usadas para transportar os chamados “potenciais de a√ß√£o” entre eles. Essas s√£o mensagens de carga muito baixa, na regi√£o de 80 milivolts.

Tentar reduzir os computadores a n√≠veis semelhantes para suas interconex√Ķes, no entanto, tem sido um grande obst√°culo. Convencionalmente, eles veriam cargas de mais de 1 volt, por exemplo. Isso significa que as tentativas de construir “c√©rebros” artificiais s√£o dificultadas pela inefici√™ncia.

Agora, uma equipe da Universidade de Massachusetts Amherst afirma ter descoberto uma alternativa artificial √†s sinapses biol√≥gicas. Em suas pesquisas sobre nanofios de prote√≠nas, eles criaram um design para um memristor neurom√≥rfico, ou “transistor de mem√≥ria”, que funciona em n√≠veis de tens√£o na mesma faixa que o c√©rebro. Um estudo sobre a tecnologia foi publicado hoje na Nature Communications.

O nanofio de prote√≠na foi retirado da bact√©ria, desenvolvida pelo colega microbiologista da UMass Amherst e co-autor do novo estudo, Derek Lovely. Elas t√™m a vantagem de serem mais est√°veis ‚Äč‚Äčem l√≠quidos como √°gua ou fluidos corporais, em compara√ß√£o com o nanofio de sil√≠cio, que tem sido outra √°rea de foco dos pesquisadores da √°rea. Cortando os nanofios das bact√©rias, eles podem usar a prote√≠na condutora para seus experimentos.

“√Č a primeira vez que um dispositivo pode funcionar no mesmo n√≠vel de tens√£o do c√©rebro”, explica o co-autor do estudo, Jun Yao. ‚ÄúAs pessoas provavelmente nem se atreveram a esperar que pud√©ssemos criar um dispositivo que fosse t√£o eficiente em termos de energia quanto as contrapartes biol√≥gicas em um c√©rebro, mas agora temos evid√™ncias realistas de recursos de computa√ß√£o com pot√™ncia ultra baixa. √Č uma inova√ß√£o de conceito e achamos que isso causar√° muita explora√ß√£o em eletr√īnicos que funcionam no regime de voltagem biol√≥gica. ‚ÄĚ

Ao passar pequenos pulsos on-off em carga positiva e negativa atrav√©s de um nanofio em um memristor, novas marcas e conex√Ķes foram criadas no interior. Os pesquisadores dizem que √© semelhante √† maneira como o c√©rebro humano aprende, construindo novas conex√Ķes como lembran√ßas.

“Voc√™ pode modular a condutividade ou a plasticidade da sinapse nanofios-memristores para que ele possa emular componentes biol√≥gicos para a computa√ß√£o inspirada no c√©rebro”, diz Yao. Comparado a um computador convencional, este dispositivo possui um recurso de aprendizado que n√£o √© baseado em software. ‚ÄĚ

Para que isso fosse realmente √ļtil, a velocidade tinha que coincidir com as sinapses biol√≥gicas. Chegar a esse ponto levou cerca de dois anos, dizem os pesquisadores. Ainda estamos longe de sermos capazes de construir um verdadeiro c√©rebro artificial, mas h√° outras aplica√ß√Ķes que Yao e o primeiro autor do estudo Tianda Fu acreditam que s√£o poss√≠veis. Isso pode incluir dispositivos que monitorem melhor a freq√ľ√™ncia card√≠aca, abrindo caminho para um dispositivo que “possa conversar com neur√īnios reais em sistemas biol√≥gicos”, sugere Yao.

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