.
Uma descoberta revolucionária na Universidade de Limerick, na Irlanda, revelou pela primeira vez que a computação não convencional semelhante ao cérebro na menor escala de átomos e moléculas é possível.
Pesquisadores do Instituto Bernal da Universidade de Limerick trabalharam com uma equipe internacional de cientistas para criar um novo tipo de material orgânico que aprende com seu comportamento passado.
A descoberta do ‘interruptor molecular dinâmico’ que emula o comportamento sináptico é revelada em um novo estudo na revista internacional Materiais da Natureza.
O estudo foi conduzido por Damien Thompson, Professor de Modelagem Molecular no Departamento de Física da UL e Diretor do SSPC, o Centro de Pesquisa Farmacêutico da Science Foundation Ireland, hospedado pela UL, juntamente com Christian Nijhuis no Centro de Moléculas e Nanosistemas Inspirados no Cérebro em University of Twente e Enrique del Barco da University of Central Florida.
Trabalhando durante os bloqueios, a equipe desenvolveu uma camada de moléculas de dois nanômetros de espessura, 50.000 vezes mais fina que um fio de cabelo e lembra sua história à medida que os elétrons passam por ela.
O professor Thompson explicou que “a probabilidade de comutação e os valores dos estados ligado/desligado mudam continuamente no material molecular, o que fornece uma nova alternativa disruptiva aos interruptores digitais baseados em silício convencionais que só podem estar ligados ou desligados”.
O interruptor orgânico dinâmico recém-descoberto exibe todas as funções lógicas matemáticas necessárias para o aprendizado profundo, emulando com sucesso o comportamento sináptico do cérebro Pavloviano de ‘chamada e resposta’.
Os pesquisadores demonstraram as propriedades dos novos materiais usando extensa caracterização experimental e medições elétricas apoiadas por modelagem multiescala, desde a modelagem preditiva das estruturas moleculares no nível quântico até a modelagem matemática analítica dos dados elétricos.
Para emular o comportamento dinâmico das sinapses no nível molecular, os pesquisadores combinaram a transferência rápida de elétrons (semelhante a potenciais de ação e processos de despolarização rápida em biologia) com acoplamento lento de prótons limitado por difusão (semelhante ao papel dos íons de cálcio biológicos ou neurotransmissores).
Como as etapas de transferência de elétrons e acoplamento de prótons dentro do material ocorrem em escalas de tempo muito diferentes, a transformação pode emular o comportamento plástico das junções neuronais de sinapse, aprendizado pavloviano e todas as portas lógicas para circuitos digitais, simplesmente alterando a tensão aplicada e a duração de pulsos de voltagem durante a síntese, eles explicaram.
“Este foi um grande projeto de bloqueio, com Chris, Enrique e eu empurrando um ao outro através de reuniões de zoom e threads de e-mail gigantescos para trazer nossas habilidades combinadas de equipes em modelagem de materiais, síntese e caracterização ao ponto onde poderíamos demonstrar esses novos cérebros de computação propriedades”, explicou o professor Thompson.
“A comunidade sabe há muito tempo que a tecnologia de silício funciona de maneira completamente diferente de como nossos cérebros funcionam e, por isso, usamos novos tipos de materiais eletrônicos baseados em moléculas moles para emular redes de computação semelhantes ao cérebro”.
Os pesquisadores explicaram que o método pode ser aplicado no futuro a sistemas moleculares dinâmicos movidos por outros estímulos, como a luz, e acoplados a diferentes tipos de formação de ligações covalentes dinâmicas.
Este avanço abre toda uma nova gama de sistemas adaptáveis e reconfiguráveis, criando novas oportunidades em química sustentável e verde, desde a produção química de fluxo mais eficiente de produtos farmacêuticos e outros produtos químicos de valor agregado até o desenvolvimento de novos materiais orgânicos para computação e memória de alta densidade armazenamento em grandes centros de dados.
“Este é apenas o começo. Já estamos ocupados expandindo esta próxima geração de materiais moleculares inteligentes, que está permitindo o desenvolvimento de tecnologias alternativas sustentáveis para enfrentar grandes desafios em energia, meio ambiente e saúde”, explicou o professor Thompson.
A professora Norelee Kennedy, vice-presidente de pesquisa da UL, disse: “Nossos pesquisadores estão continuamente encontrando novas maneiras de produzir materiais mais eficazes e sustentáveis. Esta última descoberta é muito empolgante, demonstrando o alcance e a ambição de nossas colaborações internacionais e mostrando nossa capacidade líder na UL para codificar propriedades úteis em materiais orgânicos.”
.
