Cérebro de gato inspira projeto de supercomputador

Engenheiro da Universidade de Michigan usa modelo baseado em cérebros de gatos para construir computador do futuro.

 O cérebro é um dos órgãos mais complexos do nosso corpo e, por isso, é um dos que mais reserva mistérios a ser desvendados. Por causa dele temos uma capacidade incrível para armazenar e processar informações, de maneira muito mais rápida que qualquer computador.
Algo ainda mais incrível proporcionado por essa máquina espetacular é o aprendizado, a capacidade que temos de aprender com experiências passadas e tomar decisões com base nesse conhecimento adquirido.
E não é apenas o cérebro humano que conquista lugar nas pesquisas científicas. Agora, um engenheiro da Universidade de Michigan pretende construir um supercomputador baseando-se no modelo de funcionado do cérebro de gatos.
Wei Lu, que concluiu seu doutorado pelo Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Princeton, desenvolveu um dispositivo eletrônico que “imita” o comportamento dos cérebros de gatos, possibilitando que, algum dia, os computadores possam aprender e reconhecer informações de maneira semelhante à dos humanos. “Nós estamos construindo um computador da mesma maneira que a natureza constrói um cérebro”, afirma Lu.

Transistores x Memristors

Os microchips de hoje usam transistores para amplificar e interromper sinais elétricos. Você pode pensar nesses transistores como pequenos interruptores que podem estar ligados ou desligados e, dessa forma, representarem dados na forma de dígitos binários ou bits (0 e 1).
Os dispositivos nos quais os pesquisadores de Michigan estão trabalhando usam uma nova forma de transistores, chamados de “memristors”.
Pelo nome talvez você já tenha deduzido a grande novidade por trás da invenção: capacidade de memória, de armazenar informações passadas. Dessa forma, ao interromper a voltagem do dispositivo, o memristor ainda “se lembrará” das propriedades dos sinais elétricos que passaram por ele.
É possível fazer uma comparação entre os memristors e as sinapses, junções usadas pelos neurônios para comunicação. São as sinapses que possibilitam que os neurônios formem circuitos dentro do nosso sistema nervoso e, por isso, elas são essenciais para a “computação” realizada pelo cérebro.
Se analisarmos um computador normal, perceberemos que os dispositivos que cuidam da lógica e da memória estão separados, localizados em partes diferentes do circuito. Como resultado disso, o computador trabalha de maneira linear, passo a passo. E executando processos dessa forma, ele demora mais e, por consequência, gasta mais energia.
Já o cérebro trabalha diferente, realizando muitas operações em paralelo ou simultaneamente. Isso faz com que uma pessoa ou um gato possa reconhecer um rosto quase que instantaneamente, por exemplo.

Aplicação prática

O que Lu e outros pesquisadores da Universidade de Michigan estão fazendo é usar um memristor para ligar dois circuitos eletrônicos, assim como uma sinapse liga dois neurônios. O fortalecimento da conexão entre neurônios, estimulados um em relação ao outro, é o que os cientistas acreditam ser a base do aprendizado e da memória nos cérebros de mamíferos.  Ao imitar isso em um modelo computacional, o sistema torna-se capaz de memorizar e de aprender processos.
Os pesquisadores descobriram ser possível alterar a duração e a sequência da voltagem aplicada ao sistema para aumentar ou diminuir gradualmente o nível de sua condutividade elétrica. De acordo com Lu, mudanças similares acontecem na condutividade das sinapses, em nossos cérebros, e é isso que possibilita a memória de longo termo.
Com o modelo de supercomputador proposto pelos pesquisadores, seria possível que esse “cérebro eletrônico” calculasse rapidamente  o caminho mais curto entre um ponto e outro e pudesse recalcular quase que instantaneamente caso algo modificasse o cenário.
Lu acredita que um projeto desses seria especialmente interessante para o Departamento de Defesa dos Estados Unidos, que poderiam adotar o sistema para armas, robôs e veículos não tripulados.
Dessa forma, quando algo atrapalhasse o caminho de um desses robôs ou veículos, por exemplo, eles não precisariam enviar novas imagens para o centro de operações e esperar por novos comandos emitidos pelos militares. Os robôs seriam capazes de tomar suas próprias decisões.

Fonte da imagem: Lawrence Livermore National Laboratory

Hoje já temos supercomputadores que podem ser comparados ao cérebro de um gato. O Dawn, localizado no Lawrence Livermore National Laboratory, possui mais 140 mil unidades de processamento e 144 TB de memória principal.
Apesar dos números impressionantes, o Dawn é capaz de realizar tarefas cerca de 83 vezes mais devagar que o cérebro de um gato. Por isso, Lu acredita que a meta de construir um supercomputador tão rápido quanto o cérebro desse animal seja realista.
O próximo passo do pesquisador é construir um sistema maior, com centenas de neurônios e sinapses artificiais e, com isso, o grupo espera um dia chegar a construir supercomputadores com o tamanho de computadores comuns.

Memristors: a fronteira final?

Ao que parece esse também não é o único uso previsto para os memristors.  Pesquisadores da Hewlett-Packard publicaram há pouco tempo um artigo que mostra que os transistores com memória também são capazes de realizar computação, possibilitando que funções lógicas sejam executadas nos locais onde as informações são armazenadas.
Se tudo continuar como previsto, o foco de desenvolvimento da indústria pode mudar. Talvez, no futuro, não estejamos focados no poder de processamento de um sistema, mas sim na eficiência de sua computação.