Caros colegas e amigos
Em 25 de abril de 2024, no boletim informativo da Universidade de Utrecht (UU), foi publicado este artigo, que um querido colega compartilhou conosco e que traduzimos para este espaço. Vamos verificar o que eles nos dizem...
Físicos teóricos da Universidade de Utrecht, junto com físicos experimentais da Universidade Sogang, na Coréia do Sul, conseguiram construir uma sinapse artificial. Essa sinapse funciona com água e sal e fornece a primeira evidência de que um sistema que usa o mesmo meio que nosso cérebro pode processar informações complexas.
Os resultados aparecem na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Na busca por melhorar a eficiência energética dos computadores convencionais, os cientistas há muito tempo recorrem ao cérebro humano em busca de inspiração. O objetivo deles é imitar sua habilidade extraordinária de várias maneiras.
Esses esforços levaram ao desenvolvimento de computadores semelhantes ao cérebro, que se afastam do processamento binário tradicional para adotar métodos analógicos semelhantes aos nossos cérebros. No entanto, enquanto nosso cérebro trabalha usando água e partículas de sal dissolvido chamadas íons como meio, a maioria dos computadores atuais inspirados no cérebro depende de materiais sólidos convencionais.
Isso levanta a questão: não poderíamos alcançar uma réplica mais fiel do funcionamento do cérebro adotando o mesmo meio? Essa possibilidade intrigante está no cerne do crescente campo da computação neuromórfica intrônica.
Sinapses artificiais
No último estudo publicado no PNAS, cientistas demonstraram, pela primeira vez, um sistema dependente de água e sal que exibe a capacidade de processar informações complexas, refletindo a funcionalidade do nosso cérebro. Um elemento central dessa descoberta é um pequeno dispositivo medindo 150 por 200 micrômetros, que imita o comportamento de uma sinapse, um componente essencial do cérebro responsável pela transmissão de sinais entre os neurônios.
Tim Kamsma, doutorando no Instituto de Física Teórica e no Instituto de Matemática da Universidade de São Paulo e principal autor do estudo, expressa seu entusiasmo e afirma: “Embora já existam sinapses artificiais baseadas em materiais sólidos capazes de processar informações complexas, agora mostramos pela primeira vez que esse feito também pode ser alcançado usando água e sal. Estamos replicando efetivamente o comportamento neural usando um sistema que emprega o mesmo ambiente do cérebro.”
Migração iônica
O dispositivo, desenvolvido por cientistas na Coreia e chamado de memristor iintrônico, consiste em um microcanal em forma de cone preenchido com uma solução de água e sal. Ao receber impulsos elétricos, os íons dentro do líquido migram pelo canal, causando alterações na concentração de íons.
Dependendo da intensidade (ou duração) do pulso, a condutividade do canal é ajustada adequadamente, refletindo o fortalecimento ou enfraquecimento das conexões entre os neurônios. O grau de mudança na condutância serve como uma representação mensurável do sinal de entrada.
Uma descoberta adicional é que o comprimento do canal afeta o comprimento necessário para que as mudanças de concentração se dissipem. “Isso sugere a possibilidade de adaptar canais para reter e processar informações por durações variadas, semelhantes aos mecanismos sinápticos observados em nosso cérebro”, diz Kamsma.
A gênese dessa descoberta remonta a uma ideia concebida por Kamsma, que iniciou sua pesquisa de doutorado há pouco tempo. Ele transformou esse conceito, focado no uso de canais iônicos artificiais para tarefas de classificação, em um modelo teórico sólido.
“Por acaso, durante esse período, nossos caminhos se cruzaram com o grupo de pesquisa sul-coreano”, diz Kamsma. “Eles receberam minha teoria com grande entusiasmo e rapidamente iniciaram um trabalho experimental baseado nela.”
Surpreendentemente, as descobertas iniciais se materializaram apenas três meses depois, estreitamente alinhadas com as previsões descritas na estrutura teórica de Kamsma. “Eu pensei uau!” ele reflete. “É incrivelmente gratificante testemunhar a transição de conjecturas teóricas para resultados tangíveis no mundo real, que acabam resultando nesses belos resultados experimentais.”
Um importante passo em frente
Kamsma destaca a natureza fundamental da pesquisa e destaca que a computação neuromórfica intrônica, embora experimente um rápido crescimento, ainda está em sua infância. O resultado esperado é um sistema de computador muito superior em eficiência e consumo de energia em comparação com a tecnologia atual. No entanto, neste momento, permanece especulativo se essa visão se materializará. No entanto, Kamsma acredita que a publicação é um avanço importante.
“Isso representa um avanço crucial em direção a computadores capazes não apenas de imitar os padrões de comunicação do cérebro humano, mas também de usar o mesmo meio”, diz ele. “Talvez isso acabe abrindo o caminho para sistemas de computador que reproduzam com mais fidelidade as capacidades extraordinárias do cérebro humano”
