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Cientistas da Holanda e da Coreia do Sul afirmam ter dado um salto significativo no sentido da replicação artificial do cérebro humano ao desenvolver um dispositivo chamado “memristor iontrónico”.
Os investigadores dizem que este novo dispositivo, pouco maior que um fio de cabelo humano, funciona como uma sinapse artificial, imitando a capacidade única do cérebro de processar e partilhar informações.
“Os princípios de computação do cérebro (neurônios conectados por sinapses) e os portadores de informação (íons na água) diferem fundamentalmente daqueles dos computadores convencionais”, escreveram os pesquisadores. “Com base nesta distinção, apresentamos um memristor aquoso que emula as características de plasticidade sináptica de curto prazo do cérebro através do transporte de íons na água, espelhando os processos naturais do cérebro.”
Nas suas conclusões, publicadas recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências, os pesquisadores destacaram que o memristor iontrônico marca um afastamento significativo dos modelos anteriores projetados para imitar as vias de comunicação do cérebro. Além disso, o dispositivo emula de forma única os processos dinâmicos das sinapses humanas em tempo real, usando apenas sal e água para replicar de perto a forma como os neurónios transmitem informações naturalmente.
Esta simplicidade e fidelidade aos processos biológicos representam um avanço significativo na computação neuromórficaque visa recriar a eficiência e funcionalidade do cérebro humano.
A busca para imitar o cérebro humano
O cérebro humano é um sistema extremamente eficiente, capaz de realizar tarefas computacionais complexas com mais eficiência do que os supercomputadores modernos mais avançados, consumindo pouca energia.
Esta impressionante capacidade levou os cientistas nas últimas décadas a tentar desenvolver sistemas neuromórficos que poderiam revolucionar a computação, reduzindo significativamente o consumo de energia e melhorando o desempenho em tarefas que envolvem reconhecimento de padrões, aprendizagem e tomada de decisões em tempo real.
Um componente fundamental da engenharia neuromórfica é uma compreensão profunda de como o cérebro humano opera em vários níveis, desde neurônios individuais até circuitos complexos e estruturas arquitetônicas gerais.
Escusado será dizer que replicar artificialmente os métodos cerebrais de representação da informação, adaptar-se às mudanças locais e evoluir ao longo do tempo através da plasticidade sináptica é um desafio formidável.
Até recentemente, a maioria das tentativas de desenvolver computadores semelhantes ao cérebro envolvia o uso de materiais sólidos. Isto difere fundamentalmente de como o cérebro funciona naturalmente usando apenas água e íons dissolvidos.
Como funciona o Memristor Iontrônico
Em suas descobertas, os pesquisadores explicam que o memristor iontrônico compreende um canal microfluídico cônico que abriga uma solução salina. Quando um sinal elétrico é aplicado, os íons da solução se reposicionam ao longo do canal, alterando sua densidade e a condutividade elétrica do dispositivo.
Esta mudança imita a plasticidade sináptica no cérebro humano – onde as conexões entre os neurônios se fortalecem ou enfraquecem ao longo do tempo com base na atividade.
Ao contrário dos dispositivos eletrônicos tradicionais que utilizam elétrons ou buracos como portadores de informação e respondem apenas a sinais elétricos, o memristor iontrônico utiliza íons, replicando a comunicação elétrica e química em sistemas biológicos.
Esse recurso permite imitar os aspectos mais complexos da comunicação neuronal, levando potencialmente a sistemas de inteligência artificial mais avançados e capazes.
“Embora já existam sinapses artificiais capazes de processar informações complexas baseadas em materiais sólidos, agora mostramos pela primeira vez que esse feito também pode ser realizado usando água e sal”, disse Tim Kamsma, candidato a doutorado na Universidade de Utrecht e principal autor do estudo. em um declaração. “Estamos replicando efetivamente o comportamento neuronal usando um sistema que emprega o mesmo meio que o cérebro.”
Benefícios potenciais de replicar o cérebro
Emular com sucesso as capacidades superiores de processamento natural do cérebro seria transformador e abriria a porta para o desenvolvimento de sistemas de computação altamente avançados.
Esses sistemas apresentariam máquinas muito mais adaptáveis e inteligentes do que a atual geração de inteligência artificialaumentando significativamente as suas capacidades e eficácia.
Por exemplo, o desenvolvimento de tecnologias neuromórficas poderia levar a redes neurais avançadas que podem compreender e interagir melhor com o mundo, melhorando enormemente a eficiência e as capacidades dos sistemas de automação e de aprendizagem automática.
Além disso, a eficiência energética de computadores semelhantes a cérebros poderia reduzir significativamente o impacto ambiental de grandes centros de dados e sistemas informáticos, que actualmente consomem grandes quantidades de electricidade e contribuem para o aquecimento global.
Os pesquisadores enfatizaram o potencial do memristor iontrônico para melhorar a eficiência energética das tarefas de computação, uma consideração crítica em um mundo cada vez mais digital. À medida que a tecnologia amadurece, poderá abrir caminho para computadores que pensam e processam informações como um cérebro humano.
Com o Memristor Iontrônico, quando começaremos a ver computadores semelhantes a cérebros?
Embora o desenvolvimento do memristor iontrônico seja um passo promissor em direção à computação neuromórfica avançada, o principal autor da pesquisa, Kamsma, destacou que a tecnologia ainda está em sua infância.
Até agora, o dispositivo demonstrou seu potencial teórico e a capacidade de emular funções simples semelhantes às do cérebro. No entanto, ampliar este novo método para as complexidades de todo o cérebro humano continua a ser um desafio significativo.
Os pesquisadores sugerem que os próximos passos no avanço da tecnologia de memristores iontrônicos envolvem vários desenvolvimentos vitais. Isso inclui a integração de vários dispositivos para criar circuitos que acoplam vários canais, aproveitando os métodos de fabricação flexíveis disponíveis. Essa integração é crítica para ampliar a tecnologia para aplicações mais complexas.
Além disso, há um foco na otimização desses dispositivos para exibirem forte modulação de condutância em tensões mais baixas. Tais melhorias alinhariam as tensões operacionais do dispositivo mais próximas daquelas que ocorrem naturalmente em sistemas biológicos. Esses avanços são fundamentais para o desenvolvimento de sistemas de computação semelhantes ao cérebro, mais eficientes em termos energéticos e biologicamente precisos.
Apesar destes desafios remanescentes, os investigadores esperam que o seu trabalho recente represente, em última análise, um passo significativo no desenvolvimento de sistemas de computação que possam um dia pensar e aprender como os humanos.
“Isso representa um avanço crucial em direção a computadores capazes não apenas de imitar os padrões de comunicação do cérebro humano, mas também de utilizando o mesmo meio”, explicou Kamsma. “Talvez isto acabe por abrir caminho para sistemas de computação que reproduzam com mais fidelidade as capacidades extraordinárias do cérebro humano.”
Tim McMillan é um executivo aposentado da lei, repórter investigativo e cofundador do The Debrief. Sua escrita normalmente se concentra em defesa, segurança nacional, comunidade de inteligência e tópicos relacionados à psicologia. Você pode seguir Tim no Twitter: @LtTimMcMillan. Tim pode ser contatado por e-mail: tim@thedebrief.org ou através de e-mail criptografado: TenTimMcMillan@protonmail.com
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