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Novo passo em direção à base de luz, o cérebro como chip de computação

Novo passo em direção à base de luz, o cérebro como chip de computação

Os cientistas conseguiram desenvolver uma peça de hardware que pode pavimentar o caminho para a criação de computadores que se assemelha ao cérebro humano.
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Produziram um chip que contém uma rede de neurônios artificiais que funciona com luz e podem imitar os neurônios e suas sinapses. Esta rede é capaz de 'aprender' informações e usar isso como base para a computação. A abordagem poderia ser usada mais tarde em muitos campos diferentes para avaliar padrões em grandes quantidades de dados.

A tecnologia que funciona como um cérebro?

Nestes tempos de inteligência artificial, isto já não parece tão absurdo..--por exemplo, quando um telefone celular pode reconhecer rostos ou línguas. Com aplicações mais complexas, no entanto, computadores ainda chegar rapidamente contra suas próprias limitações. Uma das razões para isso é que um computador tem tradicionalmente unidades separadas de memória e processador..--a consequência é que todos os dados tem que ser enviado para a frente e para trás entre os dois. A este respeito, o cérebro humano é muito à frente até os mais modernos computadores porque ele processa e armazena as informações no mesmo lugar..--as sinapses, ou conexões entre neurônios, dos quais lá são um 1000000 bilhões no cérebro. Uma equipe internacional de pesquisadores das universidades de Münster (Alemanha), Oxford e Exeter (ambos UK) agora conseguiram desenvolver uma peça de hardware que pode pavimentar o caminho para a criação de computadores que se assemelham ao cérebro humano. Os cientistas conseguiram produzir um chip que contém uma rede de neurônios artificiais que funciona com luz e podem imitar o comportamento dos neurônios e suas sinapses.

Os pesquisadores foram capazes de demonstrar, que tal uma rede óptica neurosynaptic é capaz de "aprender" informações e usar isso como uma base para computação e reconhecimento de padrões..--como pode um cérebro. Como as funções de sistema exclusivamente com luz e não com elétrons tradicionais, pode processar dados muitas vezes mais rápido. "Este sistema fotônico integrado é um marco experimental," diz o Prof Wolfram Pernice da Universidade de Münster e principal parceiro no estudo. "A abordagem poderia ser usada mais tarde em muitos campos diferentes para avaliar padrões em grandes quantidades de dados, por exemplo, em diagnósticos médicos." O estudo foi publicado na última edição da revista "natureza".

A história em detalhes fundo e o método utilizado

A maioria das abordagens existentes relativas às redes so-called neuromorphic baseiam-se em eletrônica, Considerando que sistemas ópticos..--no quais os fótons, partículas de luz ou seja, são usados..--estão ainda em sua infância. O princípio de que os cientistas alemães e britânicos tenham apresentado agora funciona da seguinte maneira: guias de onda ópticos que podem transmitir a luz e podem ser fabricados em chips ópticos são integrados com materiais de mudança de fase chamada..--que já se encontram hoje na mídia de armazenamento como DVDs regraváveis. Estes materiais de mudança de fase caracterizam-se pelo fato de que eles mudam suas propriedades ópticas drasticamente, dependendo se eles são cristalinos.-quando os átomos se arranjam de uma forma normal ou amorfo.-quando seus átomos organizar se de forma irregular. Esta mudança de fase pode ser desencadeada pela luz, se um laser aquece o material. "Porque o material reage tão fortemente e muda suas propriedades drasticamente, é altamente apropriado para imitar as sinapses e a transferência de impulsos entre dois neurônios," diz o autor Johannes Feldmann, que muitas das experiências realizadas como parte do sua tese de doutorado na Universidade de Münster.

Em seu estudo, os cientistas conseguiram pela primeira vez em mesclar muitos nanoestruturados materiais de mudança de fase em uma rede de neurosynaptic. Os pesquisadores desenvolveram um chip com quatro neurônios artificiais e um total de 60 sinapses. A estrutura do chip..--consistindo de camadas diferentes..--baseou-se na chamada de comprimento de onda divisão multiplex tecnologia, que é um processo em que luz é transmitida em canais diferentes, dentro da ótica nanocircuit. A fim de testar a extensão a que o sistema é capaz de reconhecer padrões, os pesquisadores "alimentou" com informações na forma de pulsos de luz, usando dois diferentes algoritmos de aprendizado de máquina. Neste processo, um sistema artificial "aprende" a partir de exemplos e pode, em última análise, generalizá-los. No caso dos dois algoritmos usados..--tanto em so-called supervisionado e em aprendizado não supervisionado..--a rede artificial conseguiu, em última análise, com base em dado padrões de luz, ao reconhecer um padrão a ser procurado..--uma das quais era quatro cartas consecutivas.

"Nosso sistema permitiu-na dar um importante passo para a criação de hardware de computador que se comporta da mesma forma para os neurônios e sinapses no cérebro e que também é capaz de trabalhar em tarefas reais,", diz Wolfram Pernice. "Trabalhando com fótons em vez de elétrons que podemos explorar ao máximo o potencial conhecido de tecnologias ópticas..--não só para transferir dados, como tem sido o caso até agora, mas também a fim de processar e armazená-los em um só lugar," Adiciona o co-autor Prof Harish Bha skaran da Universidade de Oxford.

O exemplo muito concreto é que com o auxílio do tal câncer de ferragem de células poderiam ser identificadas automaticamente. Mais trabalho precisa ser feito, no entanto, antes de tais aplicativos tornam-se realidade. Os pesquisadores precisam aumentar o número de neurônios artificiais e sinapses e aumentar a profundidade das redes neurais. Isto pode ser feito, por exemplo, com chips ópticos, fabricados com tecnologia de silício. "Esta etapa é a adoptar o projecto comum da UE 'Fun-COMP' por meio de fundição para a produção de chips, de processamento", diz o co-autor e líder do projeto divertido-COMP, Prof C. David Wright da Universidade de Exeter.

FONTE: Curiosities and Mysteries, Researchers take a step towards light-based, brain-like computing chip

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