Notícia

O segredo do cérebro para a aprendizagem ao longo da vida agora pode se transformar em hardware para inteligência artificial

Rebecca McElhoe, Universidade Purdue

Fonte

Universidade Purdue

Data

quarta-feira, 9 fevereiro 2022 15:15

Áreas

Bioeletrônica. Ciência dos Materiais. Engenharia Biomédica. Inteligência Artificial.

Quando o cérebro humano aprende algo novo, ele se adapta. Mas quando a inteligência artificial (IA) aprende algo novo, ela tende a esquecer as informações que já aprendeu.

Um artigo publicado recentemente na revista Science mostrou como um chip de computador pode se reconectar dinamicamente para receber novos dados – como o cérebro faz – ajudando a IA a continuar aprendendo ao longo do tempo.

“Os cérebros dos seres vivos podem aprender continuamente ao longo de sua vida. Agora criamos uma plataforma artificial para as máquinas aprenderem ao longo de sua vida útil”, disse o Dr. Shriram Ramanathan, professor da Escola de Engenharia de Materiais da Universidade de Purdue, nos Estados Unidos, especializado em descobrir como os materiais podem imitar o cérebro para melhorar a computação.

Ao contrário do cérebro, que constantemente forma novas conexões entre os neurônios para permitir o aprendizado, os circuitos de um chip de computador não mudam. Um circuito que uma máquina usa há anos não é diferente do circuito que foi originalmente produzido. Este é um problema para tornar a IA mais portátil, como para veículos autônomos ou robôs no espaço, que teriam que tomar decisões por conta própria em ambientes isolados. Se a IA pudesse ser incorporada diretamente ao hardware, em vez de apenas ser executada em software, como a IA normalmente faz, essas máquinas seriam capazes de operar com mais eficiência.

Neste estudo, o Dr.Ramanathan e sua equipe construíram uma novo chip que pode ser reprogramado sob demanda por meio de pulsos elétricos. O Dr. Ramanathan acredita que essa adaptabilidade permitiria que o dispositivo assumisse todas as funções necessárias para construir um computador inspirado no cérebro. “Se queremos construir um computador ou uma máquina inspirada no cérebro, então, de forma correspondente, queremos ter a capacidade de programar, reprogramar e alterar continuamente o chip”, disse o pesquisador.

‘Cérebro’ em forma de chip

O hardware é um pequeno dispositivo retangular feito de um material chamado perovskita niquelada, que é muito sensível ao hidrogênio. A aplicação de pulsos elétricos em diferentes tensões elétricas permite que o dispositivo embaralhe uma concentração de íons de hidrogênio em questão de nanossegundos, criando estados que os pesquisadores descobriram que podem ser mapeados para funções correspondentes no cérebro.

Quando o aparelho tem mais hidrogênio próximo ao seu centro, por exemplo, ele pode atuar como um neurônio, uma única célula nervosa. Com menos hidrogênio nesse local, o dispositivo funciona como uma sinapse, uma conexão entre os neurônios.

Por meio de simulações dos dados experimentais, os colaboradores da equipe de Purdue na Universidade Santa Clara e na Universidade Estadual de Portland, nos Estados Unidos, mostraram que a física interna desse dispositivo cria uma estrutura dinâmica para uma rede neural artificial capaz de reconhecer com mais eficiência padrões de eletrocardiogramas em comparação com redes estáticas. Essa rede neural usa a chamada ‘computação de reservatório’, que explica como diferentes partes de um cérebro se comunicam e transferem informações.

Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia (Penn State) também demonstraram neste estudo que, à medida que novos problemas são apresentados, uma rede dinâmica pode “escolher” quais circuitos são os mais adequados para resolver esses problemas.

Como a equipe conseguiu construir o dispositivo usando técnicas de fabricação padrão compatíveis com semicondutores e operar o dispositivo em temperatura ambiente, o Dr. Ramanathan acredita que essa técnica pode ser prontamente adotada pela indústria de semicondutores.

“Nós demonstramos que este dispositivo é muito robusto. Depois de programar o dispositivo por mais de um milhão de ciclos, a reconfiguração de todas as funções é notavelmente reprodutível”, destacou Michael Park, doutorando em Engenharia de Materiais em Purdue.

Os pesquisadores estão trabalhando para demonstrar esses conceitos em chips de teste em larga escala, que seriam usados ​​para construir um computador inspirado no cérebro.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Purdue (em inglês).

Fonte: Kayla Wiles, Universidade Purdue. Imagem: Rebecca McElhoe, Universidade Purdue.

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