17 de outubro de 2023 (Notícias do Nanowerk) Há uma busca intensa e mundial por novos materiais para construir microchips de computador que não sejam baseados nos clássicos transistores mas em componentes semelhantes ao cérebro, que economizam muito mais energia. No entanto, embora a base teórica para computadores digitais clássicos baseados em transistores seja sólida, não existem diretrizes teóricas reais para a criação de computadores semelhantes ao cérebro. Tal teoria seria absolutamente necessária para colocar os esforços necessários para a engenharia de novos tipos de microchips em terreno sólido, argumenta Herbert Jaeger, professor de Computação em Materiais Cognitivos na Universidade de Groningen.
Cientistas de todo o mundo estão à procura de novos materiais para construir microchips de computador semelhantes a cérebros, que poupem energia, à medida que a miniaturização clássica dos transístores atinge o seu limite físico.
Faltam diretrizes teóricas para computadores semelhantes ao cérebro, o que as torna cruciais para avanços na área.
A versatilidade e robustez do cérebro servem de inspiração, apesar do conhecimento limitado sobre o seu funcionamento exato.
Um artigo recente sugere que uma teoria para computadores não digitais deveria focar em sinais analógicos contínuos e considerar as características de novos materiais.
Preencher lacunas entre diversos campos científicos é vital para o desenvolvimento de uma teoria fundamental para a computação neuromórfica.
Uma teoria geral dos sistemas de computação física incluiria as teorias existentes como casos especiais. (Figura retirada de uma versão estendida do artigo da Nature Comm no arXiv)
Principais lições
A pesquisa
Até agora, os computadores dependiam de interruptores estáveis que podem ser ligados ou desligados, geralmente transistores. Esses computadores digitais são máquinas lógicas e sua programação também é baseada no raciocínio lógico. Durante décadas, os computadores tornaram-se mais poderosos através da miniaturização dos transístores, mas este processo está agora a aproximar-se de um limite físico. É por isso que os cientistas estão trabalhando para encontrar novos materiais para fazer interruptores mais versáteis, que poderiam usar mais valores do que apenas os números 0 ou 1.Armadilha perigosa
Jaeger faz parte do Centro de Sistemas e Materiais Cognitivos de Groningen (CogniGron), que visa desenvolver computadores neuromórficos (ou seja, semelhantes ao cérebro). A CogniGron está reunindo cientistas com abordagens muito diferentes: cientistas de materiais experimentais e modeladores teóricos de áreas tão diversas como matemática, ciência da computação e IA. Trabalhar em estreita colaboração com cientistas de materiais deu a Jaeger uma boa ideia dos desafios que eles enfrentam ao tentar criar novos materiais computacionais, ao mesmo tempo que também o tornou consciente de uma armadilha perigosa: não existe uma teoria estabelecida para o uso de materiais não- efeitos físicos digitais em sistemas de computação. Nosso cérebro não é um sistema lógico. Podemos raciocinar logicamente, mas isso é apenas uma pequena parte do que o nosso cérebro faz. Na maioria das vezes, é preciso descobrir como levar a mão a uma xícara de chá ou acenar para um colega ao passar por eles no corredor. “Muito do processamento de informações que nosso cérebro faz é algo não lógico, que é contínuo e dinâmico. É difícil formalizar isso num computador digital”, explica Jaeger. Além disso, nossos cérebros continuam funcionando apesar das flutuações na pressão arterial, na temperatura externa ou no equilíbrio hormonal, e assim por diante. Como é possível criar um computador tão versátil e robusto? Jaeger está otimista: 'A resposta simples é: o cérebro é a prova de princípio de que isso pode ser feito.'Neurônios
O cérebro é, portanto, uma inspiração para os cientistas de materiais. Jaeger: 'Eles podem produzir algo que é feito de algumas centenas de átomos e que oscilará, ou algo que mostrará explosões de atividade. E eles dirão: “É assim que os neurônios funcionam, então vamos construir uma rede neural”.' Mas eles estão faltando um conhecimento vital aqui. “Mesmo os neurocientistas não sabem exatamente como o cérebro funciona. É aqui que a falta de uma teoria para computadores neuromórficos é problemática. No entanto, o campo não parece ver isso.' Num artigo publicado em Natureza das Comunicações (“Rumo a uma teoria formal para máquinas computacionais feitas a partir de tudo o que a física oferece”), Jaeger e seus colegas Beatriz Noheda (diretora científica da CogniGron) e Wilfred G. van der Wiel (Universidade de Twente) apresentam um esboço de como poderia ser uma teoria para computadores não digitais. Eles propõem que, em vez de chaves 0/1 estáveis, a teoria deveria trabalhar com sinais analógicos contínuos. Deve também acomodar a riqueza de efeitos físicos não padronizados em nanoescala que os cientistas de materiais estão investigando.Subteorias
Outra coisa que Jaeger aprendeu ouvindo cientistas de materiais é que dispositivos a partir desses novos materiais são difíceis de construir. Jaeger: 'Se você fizer cem deles, nem todos serão idênticos.' Na verdade, isso é muito parecido com o cérebro, já que nossos neurônios também não são exatamente idênticos. Outro possível problema é que os dispositivos são frequentemente frágeis e sensíveis à temperatura, continua Jaeger. 'Qualquer teoria para a computação neuromórfica deveria levar em conta tais características.' É importante ressaltar que uma teoria que sustenta a computação neuromórfica não será uma teoria única, mas será construída a partir de muitas subteorias (veja a imagem abaixo). Jaeger: 'É assim que a teoria do computador digital também funciona: é um sistema em camadas de subteorias conectadas.' A criação de tal descrição teórica de computadores neuromórficos exigirá uma estreita colaboração de cientistas de materiais experimentais e modeladores teóricos formais. Jaeger: 'Os cientistas da computação devem estar cientes da física de todos esses novos materiais e os cientistas dos materiais devem estar cientes dos conceitos fundamentais da computação.'Pontos cegos
Fazer a ponte entre a ciência dos materiais, a neurociência, a ciência da computação e a engenharia é exatamente o motivo pelo qual a CogniGron foi fundada na Universidade de Groningen: ela reúne esses diferentes grupos. “Todos temos os nossos pontos cegos”, conclui Jaeger. 'E a maior lacuna em nosso conhecimento é uma teoria fundamental para a computação neuromórfica. Nosso artigo é uma primeira tentativa de apontar como tal teoria poderia ser construída e como podemos criar uma linguagem comum.'- Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
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- Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63871.php
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