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Liga polimérica de DVD’s ajudam a desenvolver computadores que pensam como nós

O material que nos permite fazer a gravação nos DVD‘s tem uma propriedade muito mais tentadora: ele pode imitar as células nervosas do cérebro e suas conexões. A descoberta poderia levar ao desenvolvimento de computadores que funcionar como cérebro que, crucialmente, operam com baixos níveis de energia.

Um computador que funciona como cérebro é aquele que pode aprender e se adaptar sem necessidade de programação interna. Tal habilidade poderia permitir que as máquinas se tornem bem melhores em tarefas como reconhecimento de face ou fala (Mas como já dizia Isaac Asimov, pai das leis da robótica, um computador que tem capacidade de aprender sozinho não tem limites, podendo até mesmo se rebelar contra os humanos, se as leis que ele criou não forem aplicadas). Eles poderiam, também, processar e armazenar dados no mesmo local – da mesma maneira que as células. Computação convencional perde eficiência por manter essas funções separadas.

Agora, dois grupos de pesquisa construíram células nervosas artificiais, ou neurônios, e sinapses – as conexões dos neurônios – usando uma liga conhecida como GST (oriundo da GeSbTe, liga de Germânio, Antimônio, Telúrio).

No Reino Unido, David Wright e equipe da Universidade de Exeter criaram um neurônio usando GST (Publicação: Advanced Materials, DOI: 10:1002/adma.201101060). Enquanto na Universidade de Stanford na Califórnia, a equipe de Philip Wong criou sinapses eletrônicas em escala nanométrica. A junção inclusive copia o modo que as sinapses podem mudar a força de suas conexões (Publicação: Nano Letters, DOI: 10.1021/nl201040y).

O GST é conhecido como uma liga que “muda de fase”, devido à sua habilidade de mudar sua estrutura molecular da fase cristalina para a fase amorfa quando aquecida. Nos DVD’s isso permite que os números binários 0 e 1 sejam gravados e, posteriormente, lidos por um laser.

Mas o GST pode fazer mais do que armazenar dois estados. Áreas diferentes dentro de um pequeno ponto de GST pode ser cristalina ou amorfa em graus diferentes, o que significa que pode armazenar informação que vão muito além do 0 ou 1. Isso é importante porque é um acumulo de sinais de entrada que fazem um neurônio real disparar quando alcança um certo limite.

Os Neurônios de Wright são capazes de imitar esse limite devido à resistência elétrica cair repentinamente quando se move da sua fase amorfa para a cristalina. Então sinais de entrada na forma de pulsos de corrente são aplicados aos neurônios artificiais – e são condenados a dispararem quando a resistência é rompida.

O talento dos GST’s não acaba aqui. Quando um neurônio real dispara, a importância do sinal ao próximo neurônio que recebe é definida pela força da sinapse que os conecta. Na natureza, essa força é ajustada em um processo chamado de plasticidade pico-tempo-dependente (PPTD): se o primeiro neurônio dispara repetidamente antes do segundo, a força da sinapse aumenta, mas se o segundo dispara primeiro, a força diminui.

Duygu Kuzum, um membro da equipe de Stanford, diz que a habilidade dos GST’s de mudarem sua resistência tem permitido que eles programem para que mude dinamicamente a força das sinapses artificiais nanométricas que eles construíram da mesma maneira que o PPTD. Isso permite que eles priorizem qual sinal neuronal é mais importante para qualquer tarefa dada.

Com apenas 75 nanômetros de comprimento, a sinapse artificial pode oferecer a pouca energia solicitada pelos computadores que se comportam como cérebro, diz Kuzum. Os cálculos da equipe sugerem que um sistema com 1010 sinapses consumiria apenas 10 watts – comparado com os 1.8 megawatts necessários para um supercomputador simular apenas 5 segundos de atividade cerebral.

“Aparelhos que mudam de fase podem, de fato, capturar a essência correta do comportamento do cérebro”, diz Steve Furber da Universidade de Manchester, Reino Unidos,  que está construindo um computador que se comportam como cérebro a partir de microprocessadores convencionais. “Mas ainda existe um caminho muito longo a percorrer. Eu estarei interessado quando eles forem capazes de fazer 100 milhões deles em um chip minúsculo.”

Corrida para construir um cérebro artificial

Materiais que mudam de fase estão competindo com, pelo menos, três outras abordagens ara o computador que se comporta como cérebro.

No projeto Blue Brain, a equipe de Henry Markram do Instituto de Tecnologia Suíço em Lausanne foca em criar um modelo de software da bioquímica do cérebro em um supercomputador.

E essa semana, a Universidade de Manchester no Reino Unido começou a construir o Spinnaker – um computador de 1 bilhão de neurônios usando microprocessadores de smartphones que contém 18 000 neurônios cada. A força da conexão entre os neurônios é armazenada em um chip de memória.

“Memristors” também podem ter suas resistências “definidas” aplicando uma voltagem por eles, fazendo com que eles sejam bons competidores para neurônios ou sinapses.






Fonte: New Scientist

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