Os cientistas criaram um neurônio artificial compacto na forma do dispositivo eletrônico mais simples

A nova invenção de um grupo de cientistas americanos promete aproximar a criação de uma verdadeira cópia eletrônica do cérebro humano com todos os seus principais elementos computacionais e de comunicação – neurônios e sinapses. E tudo isso não está nas dimensões de centenas de racks de servidores, mas em uma forma relativamente compacta, o que promete muito progresso interessante e revolucionário para o progresso da computação.

Nova estrutura do neurônio eletrônico (R. Stanley Williams)

A descoberta foi abordada por um grupo de pesquisadores liderados por R. Stanley Williams, da Texas A&M, que, junto com o funcionário da Hewlett Packard Laboratories Suhas Kumar e o estudante da Universidade de Stanford Ziwen Wang, apresentou o dispositivo eletrônico mais simples que atua como um neurônio cérebro humano vivo. Antes disso, os neurônios artificiais eram apresentados mais de uma ou duas vezes, mas a cada vez esse elemento-chave do cérebro era executado na forma de um circuito bastante grande e complexo de vários componentes, o que significa tamanho grande e consumo de energia bastante grande.

O grupo de Stanley Williams desenvolveu e criou um neurônio artificial baseado nos chamados dielétricos Mott (transições). Os dielétricos de Mott em condições normais se comportam como isolantes e não permitem a passagem de corrente elétrica, mas sob a influência da temperatura, voltagem, campo magnético ou outra influência, tornam-se temporariamente condutores.

O elemento mais simples proposto pelos cientistas contém uma junção de Mott na forma de uma camada nanométrica de óxido de nióbio (NbO2). Além disso, o elemento inclui capacitância e resistência, como parte de um “neurônio” eletrônico. Além disso, a camada de óxido de nióbio se comporta essencialmente como um memristor – uma resistência controlada por tensão e corrente com um efeito de memória. Isso torna o neurônio artificial um dispositivo um tanto não volátil. Seria tolice desperdiçar energia nesses momentos em que o aparelho para de “pensar”.

Imagem do elemento em um microscópio eletrônico (R. Stanley Williams)

Sob a ação de uma tensão de corrente constante, a camada de óxido de nióbio é aquecida localmente, o que torna a transição condutiva. Isso descarrega a carga acumulada na capacidade da célula, após o que a junção esfria e torna-se novamente um isolante. A capacidade da célula é carregada novamente e assim por diante até o infinito, enquanto a tensão de controle é aplicada. A sutileza aqui é que este elemento mais simples pode funcionar de diferentes modos, como um neurônio vivo: transmitir um impulso (pico, sinal de excitação) ao longo de uma cadeia de neurônios, emitir uma série de impulsos, suportar a autogeração de impulsos e realizar outro trabalho que um neurônio geralmente faz em um cérebro vivo. …

Uma temperatura bastante alta da transformação da transição de Mott do óxido de nióbio em um condutor pode acabar sendo um problema para dimensionar o projeto proposto de um neurônio eletrônico. Torna-se assim quando aquecido a 800 ° C. Na composição de muitos milhares e milhões de elementos, isso pode se tornar um problema, então os cientistas procurarão outros compostos para seus elementos com uma temperatura de exposição significativamente mais baixa.