Pesquisadores da Escola de Engenharia Viterbi e da Escola de Computação Avançada da Universidade do Sul da Califórnia alcançaram um grande avanço, desenvolvendo com sucesso neurônios artificiais capazes de replicar o comportamento eletroquímico complexo das células cerebrais biológicas. Essa conquista inovadora, publicada na *Nature Electronics*, representa um passo significativo para a tecnologia de computação neuromórfica. Os neurônios artificiais recém-desenvolvidos não apenas reduzem o tamanho do chip e o consumo de energia em várias ordens de magnitude, como também abrem um novo caminho para o desenvolvimento da inteligência artificial geral.
1/1 Empilhando um memristor difuso e um resistor em um transistor, é possível fabricar um neurônio artificial integrado com capacidade de gerar potenciais de ação. Esse neurônio é rico em recursos, compacto (requerendo apenas um transistor) e de baixo consumo de energia, tornando-o adequado para sistemas de computação neuromórfica. A foto da capa mostra o chip contendo essa matriz de neurônios integrada, fabricada na sala limpa da universidade, com cada neurônio tendo uma área efetiva de aproximadamente 4 μm².
Ao contrário dos processadores digitais tradicionais ou dos chips neuromórficos existentes baseados em silício, os neurônios artificiais da equipe da USC simulam fisicamente a dinâmica dos neurônios biológicos. Construídos sobre um memristor difuso, esses neurônios artificiais realizam cálculos por meio do movimento atômico, em vez do movimento eletrônico, assemelhando-se mais ao funcionamento do cérebro. O pesquisador principal, Professor Joshua Yang, destacou que esse projeto requer apenas o espaço de um único transistor, enquanto os projetos tradicionais exigem dezenas ou até centenas de transistores, melhorando significativamente a eficiência computacional.
Nos processos biológicos, o cérebro utiliza sinais elétricos e químicos para controlar as atividades corporais, e os neurônios artificiais da Universidade do Sul da Califórnia simularam esse processo com sucesso. O Professor Yang utilizou íons de prata em óxidos para gerar impulsos elétricos, simulando processos computacionais para realizar atividades como movimento, aprendizado e planejamento. Ele enfatizou que, embora os íons utilizados não sejam exatamente os mesmos dos sistemas biológicos, os princípios físicos que controlam o movimento e a dinâmica dos íons são muito semelhantes. Esse projeto baseado na dinâmica iônica permite que os neurônios artificiais se destaquem tanto em eficiência energética quanto em tamanho. O professor Yang afirmou: "O cérebro aprende movendo íons através da membrana, alcançando eficiência energética e aprendizado adaptativo diretamente no hardware. Nossos neurônios artificiais são baseados nesse princípio e prometem realizar inteligência artificial de forma sustentável no futuro."
O professor Yang também declarou que, embora a prata usada nos experimentos seja incompatível com os processos tradicionais de fabricação de semicondutores, a equipe está pesquisando outras espécies de íons para alcançar funções semelhantes. Ele concluiu: "Agora que demonstramos blocos de construção poderosos e compactos — sinapses e neurônios artificiais — o próximo passo é integrá-los em grandes quantidades e testar até que ponto podemos replicar a eficiência e as capacidades do cérebro. Ainda mais empolgante é a perspectiva de que esse sistema possa nos ajudar a descobrir novos insights sobre como o próprio cérebro funciona."
