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Correio Braziliense

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Pesquisadores desenvolvem dispositivo que imita funcionamento de neurônios

O aparelho poderá ser mais rápido do que os circuitos tradicionais e gastar menos energia

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postado em 20/03/2017 06:00

 

 

Com milhões de anos de evolução, o cérebro humano é mais potente do que qualquer supercomputador já criado. Apesar de cálculos matemáticos e problemas lógicos serem executados mais rapidamente e com precisão pelas máquinas, o cérebro tem um desempenho muito maior em tarefas complexas, como reconhecer rostos e identificar padrões, além de gastar menos energia no processo.


Não é de se espantar, portanto, que cientistas do mundo inteiro trabalhem na criação de um computador que seja o mais parecido possível com um cérebro humano. Em um estudo publicado, no mês passado, na revista Nature Materials, um grupo de pesquisadores deu um passo importante em direção a essa tecnologia. Liderada por Alberto Salleo, professor de ciência dos materiais na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, a equipe desenvolveu um dispositivo orgânico que imita a forma como os neurônios se comunicam, a sinapse.

Em vez de usar o fluxo de elétrons, como ocorre nos dispositivos eletrônicos comuns, o aparelho armazena e transmite informações a partir do fluxo de íons — átomos e moléculas cuja carga elétrica foi modificada. O Dispositivo Eletroquímico Neuromórfico Orgânico (ENODe, pela sigla em inglês) gasta menos energia do que os aparelhos eletrônicos comuns e mostrou ser capaz de reconhecer números escritos à mão, tarefa que os computadores convencionais têm dificuldade em realizar.

No futuro, uma rede formada pelos dispositivos poderá caber em um celular, com desempenho melhor e gastando menos energia do que os circuitos atuais. “Esse dispositivo é o passo inicial para a criação de um cérebro eletrônico”, diz Gregório Faria, participante do projeto e professor no Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da Universidade de São Paulo. Ele trabalhou durante três anos no estudo, sendo Alberto o seu tutor em Stanford.

Bateria simples

Na sinapse, não há contato direto entre dois neurônios e, por isso, a eletricidade não pode ser transferida de um para o outro. As informações devem passar através da chamada fenda sináptica pelo trabalho dos neurotransmissores, moléculas produzidas pelos próprios neurônios para a comunicação (Leia Para saber mais). “Essa é a forma como a biologia se comunica”, diz Gregório Faria. “A eletricidade é a forma que nós humanos escolhemos para nos comunicar.”

O ENODe é baseado na estrutura de uma bateria simples. Dois filmes feitos de polímeros orgânicos ficam paralelos um ao outro, envolvidos por um eletrólito com base em água salgada. Ele é capaz de ser configurado em 500 estados diferentes, em comparação aos dois estados presentes na linguagem binária dos computadores (0 ou 1), e opera com voltagens na ordem de um milésimo de volt.

Ao contrário de um computador tradicional, no qual é preciso salvar as informações em um dispositivo de memória — como um HD ou um pen drive — antes de desligar o equipamento, a sinapse artificial consegue reter a informação sem a necessidade de memórias externas. “Quando se quer gravar uma informação, você carrega ou descarrega um pouco a bateria. Para ler a informação, a bateria é desconectada e, então, mantém o seu estado, da mesma forma que uma bateria comum não perde a sua carga”, detalha Gregório Faria.

Precisão alta

Para verificar a eficiência do dispositivo, os pesquisadores realizam mais de 15 mil testes, simulando o que uma rede formada por vários dispositivos poderia fazer. A de ENODes foi capaz de, após um treinamento, reconhecer números de zero a nove escritos à mão com uma precisão entre 93% e 97%. Apesar de ser uma tarefa simples para uma pessoa, os computadores tradicionais têm dificuldades em reconhecer imagens e padrões, consumindo mais tempo, espaço e energia.

Por isso, a baixa demanda desses fatores também chamou a atenção. “Nós batemos um recorde, o primeiro dispositivo a mostrar uma sinapse artificial com gastos de energia tão baixos”, comemora Gregório Faria. Cada sinapse leva em média de um a dois segundo atualmente, mas o ENODe poderá alcançar performances ainda melhores.

“O dispositivo ainda é grande, macroscópico, com milímetros de comprimento. Com a sua miniaturização, o tempo necessário para cada sinapse e o gasto de energia diminuirão. A nossa meta é criar uma rede neural que caiba em um celular”, afirma o pesquisador. Segundo ele, uma versão reduzida poderia gastar ainda menos energia do que uma sinapse biológica.

* Estagiário sob a supervisão de Carmen Souza
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