Para imitar o crebro, faa computadores de carbono

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/08/2021

Dos transistores s sinapses artificiais

Pesquisadores japoneses podem estar dando no um passo, mas um salto na computao neuromrfica, com um novo componente que imita o crebro humano: Junes grafeno-diamante alinhadas verticalmente.

O crebro humano timo em processar dados altamente complexos, como imagens e sons, com alta eficincia. Enquanto isso, as arquiteturas dos computadores atuais esto com dificuldades cada vez maiores em atender demanda de tratamento desses dados complexos, limitando a velocidade de processamento.

As arquiteturas neuromrficas de computao tentam resolver esse problema justamente imitando a rede neural do crebro.

Um fenmeno essencial para a memria e o aprendizado a plasticidade sinptica, a capacidade das sinapses, as conexes neuronais, de se adaptarem em resposta a um aumento ou diminuio da atividade.

Esse efeito tem sido recriado usando transistores e memoristores, componentes que memorizam os valores que armazenaram no passado.

Mais recentemente, memoristores controlados por luz, ou fotomemoristores, conseguiram detectar luz e fornecer memria no voltil, semelhante percepo visual e memria humanas.

Fotomemoristor

As excelentes propriedades dos fotomemoristores abriram as portas para um novo mundo de materiais que podem atuar como sinapses optoeletrnicas artificiais.

Foi isso que motivou a equipe da Universidade de Nagoya a projetar junes de grafeno-diamante que podem imitar as caractersticas das sinapses biolgicas e as funes de memria, abrindo o caminho para a fabricao de uma nova gerao de circuitos neuromrficos.

O novo componente formado pela unio de grafeno alinhado verticalmente e filmes finos de diamante. As junes mimetizam as funes sinpticas biolgicas, como a produo de “corrente ps-sinptica excitatria” (EPSC) – a carga induzida por neurotransmissores na membrana sinptica – quando estimulada com pulsos pticos, alm de outras funes cerebrais bsicas, como a transio da memria de curto prazo (STM) para memria de longo prazo (LTM).

E, alm dessas funes sinpticas biolgicas (EPSC, STM e LTM), os memoristores optoeletrnicos tambm apresentaram uma facilitao de pulso pareado de 300% – um aumento na corrente ps-sinptica quando precedida de perto por uma sinapse anterior.

“Nossos crebros esto bem equipados para filtrar as informaes disponveis e armazenar o que importante. Tentamos algo semelhante com nossos arranjos de diamante e grafeno alinhados verticalmente, que emulam o crebro humano quando expostos a estmulos pticos,” disse o professor Kenji Ueda. “Este estudo foi iniciado devido a uma descoberta em 2016, quando encontramos uma grande mudana de condutividade induzida opticamente nas junes de grafeno-diamante.”

Carbonos hibridizados

Segundo a equipe, o fotomemoristor funciona conforme os arranjos grafeno-diamante passam por reaes redox, induzidas por luz fluorescente e LEDs azuis, sob uma tenso de polarizao.

Os pesquisadores atribuem o efeito presena de carbonos hibridizados de maneira diferente – grafeno e diamante so feitos de carbono puro – na interface da juno, o que leva migrao de ons em resposta luz e, por sua vez, permite que as junes executem funes fotossensveis e fotocontrolveis, semelhantes quelas realizados pela retina e pelo crebro.

Alm disso, os arranjos grafeno-diamante superaram o desempenho dos materiais fotossensveis convencionais base de metais raros, tanto em termos de fotossensibilidade, quanto de simplicidade estrutural.

O prximo passo ser usar os fotomemoristores para construir circuitos capazes de realizar clculos computacionais.

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