Pesquisadores criam neurônios artificiais que funcionam como os naturais.
Engenheiros da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram um neurônio artificial cuja atividade elétrica se assemelha muito à dos neurônios naturais. A inovação se baseia na pesquisa anterior da equipe que utilizou nanofios de proteína feitos de bactérias produtoras de eletricidade. Essa nova abordagem pode abrir caminho para computadores que operam com a eficiência de sistemas…
Engenheiros da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram um neurônio artificial cuja atividade elétrica se assemelha muito à dos neurônios naturais. A inovação se baseia na pesquisa anterior da equipe que utilizou nanofios de proteína feitos de bactérias produtoras de eletricidade. Essa nova abordagem pode abrir caminho para computadores que operam com a eficiência de sistemas vivos e que podem até se conectar diretamente com tecidos biológicos.
“Nosso cérebro processa uma quantidade enorme de dados”, diz Shuai Fu, um estudante de graduação em engenharia elétrica e de computação na UMass Amherst e autor principal do estudo publicado na Nature Communications.
“Mas seu consumo de energia é muito, muito baixo, especialmente comparado à quantidade de eletricidade que um Modelo de Linguagem Grande, como o ChatGPT, consome.”
O corpo humano opera com uma eficiência elétrica notável – mais de 100 vezes maior do que a de um circuito de computador típico. O cérebro, por sua vez, contém bilhões de neurônios, células especializadas que enviam e recebem sinais elétricos por todo o corpo. Realizar uma tarefa como escrever uma história consome apenas cerca de 20 watts de energia no cérebro humano, enquanto um modelo de linguagem grande pode exigir mais de um megawatt para fazer o mesmo.
Engenheiros há muito buscam projetar neurônios artificiais para uma computação mais eficiente em termos de energia, mas reduzir sua voltagem para se igualar aos níveis biológicos tem sido um grande obstáculo. “Versões anteriores de neurônios artificiais usavam 10 vezes mais voltagem – e 100 vezes mais energia – do que o que criamos”, diz Jun Yao, professor associado de engenharia elétrica e de computação na UMass Amherst e autor sênior do artigo. Como resultado, os projetos anteriores eram muito menos eficientes e não podiam se conectar diretamente com neurônios vivos, que são sensíveis a sinais elétricos mais fortes.
“Os nossos registram apenas 0,1 volts, que é aproximadamente o mesmo que os neurônios em nossos corpos”, afirma Yao.
Há uma ampla gama de aplicações para o novo neurônio de Fu e Yao, desde a reestruturação de computadores sob princípios bio-inspirados e muito mais eficientes, até dispositivos eletrônicos que podem se comunicar diretamente com nossos corpos.
“Atualmente, temos todos os tipos de sistemas eletrônicos de monitoramento vestíveis”, diz Yao, “mas eles são comparativamente desajeitados e ineficientes. Cada vez que eles detectam um sinal do nosso corpo, precisam amplificá-lo eletricamente para que um computador possa analisá-lo. Essa etapa intermediária de amplificação aumenta tanto o consumo de energia quanto a complexidade do circuito, mas sensores construídos com nossos neurônios de baixa voltagem poderiam dispensar qualquer amplificação.”
O ingrediente secreto do novo neurônio de baixo consumo da equipe é um nanofio de proteína sintetizado a partir da notável bactéria Geobacter sulfurreducens, que também possui a superpotência de produzir eletricidade. Yao, juntamente com vários colegas, usou os nanofios de proteína da bactéria para projetar uma série de dispositivos extraordinariamente eficientes: um biofilme, alimentado pelo suor, que pode fornecer energia para eletrônicos pessoais; um “nariz eletrônico” que pode detectar doenças; e um dispositivo, que pode ser construído a partir de quase qualquer material, capaz de colher eletricidade do ar.
Esta pesquisa foi apoiada pelo Army Research Office, pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Alfred P. Sloan.
