Cientistas se inspiraram na natureza e criaram um neurônio feito de nanofios de proteína que funciona como um neurônio real pela primeira vez.

Claramente, o caminho que a ciência escolheu para criar inteligência artificial está associado a um consumo de energia incrível. Se isso não é um “plano astuto” para minar as economias dos concorrentes, é simplesmente um desperdício míope dos recursos do planeta. A natureza desenvolveu há muito tempo uma inteligência energeticamente eficiente o suficiente para sobreviver à evolução da vida biológica na Terra. Resta apenas implementar as descobertas da natureza em hardware, e parece que isso acontecerá mais cedo ou mais tarde.

Fonte da imagem: Grok 3/3DNews gerado por IA

Cientistas da Universidade de Massachusetts Amherst (UMass) desenvolveram um neurônio artificial que imita o comportamento e as características de “massa e dimensão” de neurônios reais: tamanho, consumo de energia, intensidade do sinal, tempo e sensibilidade a sinais químicos. Esta última é a propriedade mais importante, visto que o sistema nervoso dos organismos vivos, e dos humanos em particular, opera não apenas com potencial elétrico, mas também com neurotransmissores — compostos químicos que excitam sinais elétricos nos neurônios.

Os desenvolvedores, sem o menor constrangimento, anunciaram um avanço na bioeletrônica que permitirá a fusão da eletrônica e da biologia para um processamento de dados mais eficiente, semelhante ao do cérebro, operando com um consumo de energia comparativamente baixo em comparação com modelos modernos de IA, como o ChatGPT. O estudo também destaca o potencial desses neurônios na medicina, na computação e nas interfaces cérebro-máquina, o que poderia resolver o problema da incompatibilidade de sinais entre sistemas artificiais (alta voltagem) e biológicos (baixa voltagem).

O neurônio artificial é baseado em um memristor — um dispositivo de memória baseado na mudança da resistência celular — utilizando nanofios de proteína da bactéria Geobacter sulfurreducens. Esses nanofios permitiram que a tensão de comutação do elemento fosse reduzida para 60 mV e a corrente para 1,7 nA, o que corresponde aos níveis biológicos, e se mostrou 10 vezes mais eficiente do que análogos anteriores (lembre-se de que os eletrônicos normalmente operam a 500 mV ou mais). O memristor foi integrado a um circuito composto por um capacitor e um resistor para simularAtividade neuronal em fase — desde o acúmulo de carga até seu pico e subsequente estabilização para nova atividade. Sensores químicos para íons (como sódio) e neurotransmissores (dopamina) também foram adicionados ao circuito para simular a neuromodulação — a mesma resposta dos neurônios a substâncias químicas, como a cafeína presente na sua xícara de café matinal.

O neurônio desenvolvido pelos cientistas gerou impulsos com energia comparável à energia biológica (0,2–37 pJ) e demonstrou uma resposta de frequência regulada por sinais químicos. Quando conectado a cardiomiócitos (células musculares cardíacas) derivados de células-tronco humanas por meio de uma malha de sensores de grafeno, ele foi capaz de registrar sinais elétricos em tempo real, distinguindo a atividade normal das alterações influenciadas pela norepinefrina, que aumentou a frequência do impulso, causando um aumento simulado da frequência cardíaca. Assim, os cientistas demonstraram que células vivas podem interagir perfeitamente com componentes eletrônicos e que ambos funcionam em conjunto.

O protótipo abre caminho para sensores energeticamente eficientes para monitorar células, respostas a medicamentos e até mesmo reparar circuitos neurais danificados que ocorrem durante lesões cerebrais ou medulares graves. No futuro, esses neurônios poderão melhorar as interfaces cérebro-máquina e criar computadores baseados em sistemas biológicos, integrando-se ao tecido vivo sem nenhuma modificação intermediária.