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A computa\u00e7\u00e3o neurom\u00f3rfica \u00e9 um paradigma computacional que tenta imitar o funcionamento do c\u00e9rebro, tanto na arquitetura quanto na din\u00e2mica. Ela constr\u00f3i circuitos eletr\u00f4nicos que armazenam e processam informa\u00e7\u00f5es de forma integrada, como redes de neur\u00f4nios e sinapses.<\/p>\n
Com esse foco, um dispositivo eletr\u00f4nico foi desenvolvido por uma rede internacional de pesquisadores, com participa\u00e7\u00e3o de Victor Lopez-Richard, professor titular do Centro de Ci\u00eancias Exatas e de Tecnologia da Universidade Federal de S\u00e3o Carlos (CCET-UFSCar). O resultado, publicado na Nature Communications<\/em>, constitui uma importante contribui\u00e7\u00e3o para o desenvolvimento da computa\u00e7\u00e3o neurom\u00f3rfica.<\/p>\n Diferentemente dos computadores convencionais, nos quais processamento e mem\u00f3ria s\u00e3o separados, a computa\u00e7\u00e3o neurom\u00f3rfica procura integrar essas fun\u00e7\u00f5es em um mesmo substrato f\u00edsico, \u00e0 semelhan\u00e7a das sinapses biol\u00f3gicas.<\/p>\n LEIA TAMB\u00c9M: Rob\u00f4 de startup apoiada pela Fapesp transforma aulas de matem\u00e1tica em brincadeira<\/a><\/strong><\/p>\n \u201cO dispositivo \u00e9 baseado na interface entre dois \u00f3xidos: LaAlO\u2083<\/sub> [\u00f3xido de lant\u00e2nio e alum\u00ednio] e SrTiO\u2083<\/sub> [titanato de estr\u00f4ncio]. Nessa interface forma-se um g\u00e1s quase bidimensional de el\u00e9trons, que atua como canal condutor e pode ser modulado eletricamente. O resultado \u00e9 essencialmente um transistor, mas que pode desempenhar tamb\u00e9m as fun\u00e7\u00f5es de memristor e memcapacitor\u201d, informa Lopez-Richard.<\/p>\n<\/blockquote>\n Transistor \u00e9 o componente que controla a passagem da corrente el\u00e9trica em um circuito, funcionando como chave ou amplificador; resistor \u00e9 o componente que dificulta a passagem de corrente; e capacitor \u00e9 o componente que armazena carga el\u00e9trica e a libera posteriormente. No dispositivo desenvolvido, essas fun\u00e7\u00f5es n\u00e3o aparecem isoladamente, mas combinadas, e com um elemento adicional: a mem\u00f3ria. Assim, al\u00e9m de transistor, a pe\u00e7a pode funcionar como memristor \u2013 resistor cuja resist\u00eancia depende do hist\u00f3rico de sinais aplicados \u2013 e memcapacitor \u2013 capacitor cuja capacit\u00e2ncia tamb\u00e9m depende da hist\u00f3ria do sistema.<\/p>\n Essa depend\u00eancia do passado \u00e9 o que aproxima esses componentes do comportamento das sinapses. Al\u00e9m disso, o dispositivo possui uma arquitetura e um funcionamento incomuns. \u201cEm rela\u00e7\u00e3o \u00e0 arquitetura, a peculiaridade \u00e9 que possui portas de controle nas laterais em vez da configura\u00e7\u00e3o tradicional, com gate<\/em> sobre o canal, encontrada nos Mosfets convencionais\u201d, diz Lopez-Richard.<\/p>\n Mosfet (do ingl\u00eas metal-oxide-semiconductor field-effect transistor<\/em>) \u00e9 um tipo de transistor usado para controlar, amplificar ou chavear sinais el\u00e9tricos. Com tr\u00eas terminais principais \u2013 gate<\/em> (porta), que controla a pe\u00e7a; source<\/em> (fonte), por onde entram os el\u00e9trons; e drain<\/em> (dreno), por onde saem os el\u00e9trons \u2013, funciona como uma esp\u00e9cie de \u201ctorneira el\u00e9trica\u201d. A tens\u00e3o aplicada na porta determina se a corrente pode ou n\u00e3o fluir entre a fonte e o dreno.<\/p>\n O dispositivo em pauta possui uma outra configura\u00e7\u00e3o.<\/p>\n Quanto ao funcionamento, trata-se de uma pe\u00e7a anal\u00f3gica em um mundo dominado pelo digital. \u201cO funcionamento anal\u00f3gico permite operar em m\u00faltiplos estados intermedi\u00e1rios, em vez de apenas dois estados \u2013 ligado ou desligado \u2013 como nos transistores digitais convencionais\u201d, explica o pesquisador.<\/p>\n Um ponto central do trabalho \u00e9 a identifica\u00e7\u00e3o do mecanismo f\u00edsico respons\u00e1vel pela mem\u00f3ria. Embora o g\u00e1s bidimensional de el\u00e9trons seja essencial para a condu\u00e7\u00e3o, ele n\u00e3o \u00e9 o principal portador da mem\u00f3ria. \u201cEsse g\u00e1s interfere na mem\u00f3ria, mas a vari\u00e1vel de estado que define o efeito de mem\u00f3ria s\u00e3o as cargas armazenadas nas portas laterais. S\u00e3o elas que controlam o canal de condu\u00e7\u00e3o\u201d, afirma Lopez-Richard. Esse ac\u00famulo ocorre de forma gradual e controlada, modulando o canal condutor por efeitos eletrost\u00e1ticos. Trata-se de um mecanismo diferente daquele frequentemente atribu\u00eddo a dispositivos com mem\u00f3ria, baseado na migra\u00e7\u00e3o de vac\u00e2ncias de oxig\u00eanio.<\/p>\n A principal novidade do trabalho \u00e9 o chamado polimorfismo eletr\u00f4nico. Isto \u00e9, a capacidade de um \u00fanico dispositivo assumir diferentes fun\u00e7\u00f5es. A mudan\u00e7a de fun\u00e7\u00e3o depende apenas da forma de conex\u00e3o el\u00e9trica. \u201cBasta conectar ou desconectar alguma porta que a fun\u00e7\u00e3o muda\u201d, resume o pesquisador. Segundo os autores, a integra\u00e7\u00e3o de fun\u00e7\u00f5es pode reduzir significativamente o n\u00famero de interconex\u00f5es e o consumo de energia, os principais gargalos da computa\u00e7\u00e3o atual.<\/p>\n O estudo demonstrou a efic\u00e1cia do dispositivo em diferentes funcionalidades inspiradas no c\u00e9rebro: reservoir computing<\/em>, a capacidade de reconhecer padr\u00f5es simples, como d\u00edgitos de 0 a 9 em imagens de baixa resolu\u00e7\u00e3o, explorando a n\u00e3o linearidade e a mem\u00f3ria de curto prazo; plasticidade sin\u00e1ptica, que \u00e9 a capacidade de refor\u00e7ar tempor\u00e1ria ou permanentemente uma resposta ap\u00f3s est\u00edmulos repetidos, como ocorre no aprendizado; e l\u00f3gica reconfigur\u00e1vel, que \u00e9 a realiza\u00e7\u00e3o e armazenamento de opera\u00e7\u00f5es l\u00f3gicas, como \u201cand\u201d, \u201cor\u201d e \u201cnot\u201d, diretamente no pr\u00f3prio dispositivo, sem necessidade de mem\u00f3ria externa. Al\u00e9m disso, as an\u00e1lises indicam consumo energ\u00e9tico por opera\u00e7\u00e3o da ordem de poucos nanojoules, inferior ao de arquiteturas convencionais equivalentes.<\/p>\n Apesar do avan\u00e7o, os autores ressaltam que o trabalho ainda se encontra em est\u00e1gio inicial. \u201cO que estamos apresentando agora s\u00e3o provas de conceito, na linha da pesquisa b\u00e1sica. Para chegar a um objeto comercial, teremos de superar v\u00e1rios desafios, como escalabilidade, integra\u00e7\u00e3o com tecnologias existentes e controle da variabilidade entre dispositivos\u201d, reconhece Lopez-Richard.<\/p>\n O trabalho \u00e9 resultado de uma colabora\u00e7\u00e3o cient\u00edfica internacional consolidada ao longo de mais de uma d\u00e9cada. \u201cNossa parceria com a Universidade de W\u00fcrzburg, na Alemanha, come\u00e7ou com um\u00a0projeto\u00a0financiado pela Fapesp no per\u00edodo entre 2013 e 2015. O projeto foi conclu\u00eddo, mas a colabora\u00e7\u00e3o permanece\u201d, conta Lopez-Richard.<\/p>\n O estudo atual foi apoiado pela Fapesp por meio do Projeto Regular \u201cAproveitando os efeitos da mem\u00f3ria em sistemas nanoestruturados e semicondutores\u201d; e de Aux\u00edlio a Reuni\u00e3o no Exterior.<\/p>\n Em estudo complementar, publicado\u00a0na Applied Physics Letters<\/em> e selecionado como \u201cartigo de destaque\u201d (featured article<\/em>) pelos editores, o grupo aprofundou a compreens\u00e3o das propriedades de mem\u00f3ria capacitiva desses sistemas. \u201cNesse trabalho, combinamos resultados experimentais e modelagem te\u00f3rica para demonstrar que a memcapacit\u00e2ncia anal\u00f3gica \u00e9 governada por mecanismos de localiza\u00e7\u00e3o de carga em portas flutuantes laterais, possibilitando controle preciso e revers\u00edvel das caracter\u00edsticas capacitivas. Esses achados s\u00e3o fundamentais para o desenvolvimento de dispositivos de mem\u00f3ria de baixo consumo e alta efici\u00eancia\u201d, comenta Lopez-Richard.\u00a0Esse trabalho tamb\u00e9m foi\u00a0apoiado\u00a0pela FAPESP<\/a>.<\/p>\n<\/p><\/div>\n\n
Colabora\u00e7\u00e3o antiga<\/strong><\/h2>\n