Lanadas as bases de uma nova arquitetura de computao de reservatrio

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 16/07/2024

Computao analgica de reservatrio

A computao de reservatrio uma arquitetura de computao analgica inspirada no funcionamento do crebro humano, ou seja, no uma computao binria, com grandes vantagens de desempenho e eficincia energtica para aplicaes que vo da inteligncia artificial internet das coisas.

Diferente dos computadores tradicionais, que operam com 0s e 1s, a computao de reservatrio usa um sistema dinmico para processar as informaes. Esse sistema, chamado de reservatrio, funciona como uma “caixa-preta”, que recebe dados de entrada e os transforma em um espao computacional mais complexo. Um mecanismo de leitura ento treinado para interpretar a sada do reservatrio e gerar o resultado desejado.

A grande vantagem dessa abordagem que apenas o mecanismo de leitura precisa ser treinado, tornando o processo mais eficiente. Alm disso, a computao de reservatrio pode aproveitar o poder de sistemas naturais, clssicos ou qunticos, para reduzir o custo computacional.

“Qualquer sistema que tenha quatro propriedades principais adequado como reservatrio fsico: Complexidade, memria de curto prazo, no linearidade e reprodutibilidade,” explica a professora Karin Everschor-Sitte, da Universidade Duisburg-Essen, na Alemanha, cuja equipe j havia estabelecido os fundamentos do uso de reservatrios magnticos.

“Os padres magnticos em nanoescala so muito interessantes, especialmente os chamados skyrmions. Esses vrtices magnticos podem ser movidos e excitados – por exemplo, por correntes eltricas, temperatura, tenso ou pulsos de luz – fazendo com que cresam, encolham ou se deformem. Como esses sistemas so fceis de manipular e medir, eles permitem construir reservatrios com eficincia energtica e fceis de controlar. Eles so compatveis com nosso hardware de computador atual,” acrescentou Everschor-Sitte, que fez uma demonstrao do conceito no ano passado, um material inanimado que ouve sons e diz que nmero foi falado.

Operao acoplada em um sistema magntico e um sistema eltrico, compondo um reservatrio hbrido.
[Imagem: Karin Everschor-Sitte et al. – 10.1038/s42254-024-00729-w]

Computao de reservatrio ferroeltrica

Agora, a equipe idealizou um novo tipo de reservatrio, lanando as bases de uma computao de reservatrios ferroeltrica, que se baseia nas propriedades especiais dos materiais ferroeltricos.

Os materiais ferroeltricos tm como caracterstica principal sua polarizao eltrica espontnea, ou seja, eles possuem uma separao de cargas positivas e negativas dentro de sua estrutura cristalina, mesmo na ausncia de um campo eltrico externo. Essa polarizao pode ser invertida ou alterada pela aplicao de um campo eltrico externo, o que os torna extremamente teis em diversas aplicaes tecnolgicas.

“Eles podem armazenar energia muito bem, eles podem alterar sua polarizao eltrica, por exemplo atravs de um campo eltrico ou temperatura, eles tm um comportamento de comutao rpido e podem ser deformados mecanicamente,” listou o pesquisador Atreya Majumdar.

Agora esperar pela fabricao dos primeiros prottipos de demonstrao da nova arquitetura.
[Imagem: Karin Everschor-Sitte et al. – 10.1038/s42254-024-00729-w]

Reservatrios hbridos

Como os materiais magnticos e ferroeltricos so to versteis, esta nova arquitetura abre a possibilidade de construir tambm sistemas multidimensionais e hbridos. Isso significa que eles tero uma capacidade muito maior de processar dados, reconhecer padres complexos e apresentar as informaes resultantes. Os dados anteriores tambm podem ser melhor armazenados e utilizados, o que particularmente importante para dados dependentes do tempo.

A equipe acredita que sua nova alternativa de computao de reservatrio possa levar ao desenvolvimento de aplicaes mais poderosas, por exemplo no campo do reconhecimento de voz e de imagens, bem como nas tecnologias de sensores e sistemas embarcados. “As aplicaes domsticas inteligentes e a internet das coisas precisam de sistemas compactos, rpidos e que consumam pouca energia. A computao de reservatrios uma soluo promissora aqui,” concluiu Majumdar.

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