quinta-feira, 30 de novembro de 2023

COMPUTAÇÃO QUE IMITA O CÉREBRO

 


Proposta Inicial Para Uma Teoria da Computação Neuromórfica.

Computação Analógica

Está em curso uma busca intensa e mundial por novos materiais para construir chips de computador que não sejam baseados em transistores clássicos, mas em componentes semelhantes ao cérebro, ou neuromórficos, que consomem muito menos energia e podem até funcionar com base na luz, em vez de eletricidade.

Contudo, enquanto a base teórica para os computadores digitais atuais baseados em transistores seja sólida, não existem diretrizes teóricas reais para a criação de computadores semelhantes ao cérebro. E uma teoria que guie as pesquisas está se mostrando absolutamente necessária para colocar os esforços em terreno sólido.

Os computadores digitais são máquinas lógicas e sua programação também é baseada no raciocínio lógico, mas nosso cérebro não é um sistema lógico. Podemos raciocinar logicamente, mas isso é apenas uma pequena parte do que o nosso cérebro faz. Na maioria das vezes, é preciso descobrir como levar a mão a uma xícara de chá ou acenar para um colega ao passar por eles no corredor.

"Muito do processamento de informações que nosso cérebro faz é algo não lógico, sendo contínuo e dinâmico. É difícil formalizar isso em um computador digital, explica o professor Herbert Jaeger, da Universidade de Groningen, na Alemanha. Além disso, nossos cérebros continuam funcionando apesar de "grandes variações no hardware", como flutuações na pressão arterial, na temperatura externa e interna ou no equilíbrio hormonal.

Como é possível criar um computador artificial tão versátil e robusto? O professor Jaeger está otimista: "A resposta simples é: O cérebro é a prova de princípio de que isso pode ser feito." 



Computação neuromórfica precisa de uma base teórica para deslanchar

Efeitos da reconfiguração dinâmica na modelagem de uma "computação fluente", o nome que a equipe dá para a computação analógica que imita o cérebro.

Teoria da Computação Neuromórfica

Poder ser feito e saber como fazer, contudo, são coisas bem diferentes. É aí que o professor Jaeger e seus colegas defendem que está faltando uma teoria que fundamente e dirija os esforços.

"Mesmo os neurocientistas não sabem exatamente como o cérebro funciona. É aqui que a falta de uma teoria para computadores neuromórficos é problemática. No entanto, o campo parece não ver isso," disse o pesquisador.

Mas os primeiros passos já foram dados. Jaeger e seus colegas Beatriz Noheda e Wilfred van der Wiel (Universidade de Twente) desenvolveram um esboço de como deverá ser uma teoria para os computadores não digitais. Eles propõem que, em vez de chaves 0/1 estáveis (os transistores), a teoria deveria trabalhar com sinais analógicos contínuos. E a teoria também precisa acomodar a riqueza de efeitos físicos não-padronizados em nanoescala que os cientistas de materiais estão investigando.

E não é só que não saibamos como o cérebro funciona: Ainda não sabemos como fazer neurônios artificiais direito. "[Os cientistas dos materiais] podem fabricar algo feito de algumas centenas de átomos e que oscilará, ou algo que mostrará explosões de atividade. E eles dirão: 'É assim que os neurônios funcionam, então vamos construir uma rede neural'," exemplifica o pesquisador.

Mas basta tentar fabricar mais desses neurônios que logo se vê que é muito difícil fabricar nanodispositivos desse tipo que sejam idênticos entre si ou que, no mínimo, apresentem o mesmo comportamento, assim como fazemos com os transistores. Por outro lado, uma nova teoria poderá eventualmente mostrar que isto não é necessário, já que tampouco os neurônios do nosso cérebro são cópias de padrão industrial uns dos outros. 


Computação neuromórfica precisa de uma base teórica para deslanchar
Apesar da falta de sustentação teórica para a computação analógica, já existem protótipos avançados, como este que une computação analógica e digital em um único chip.

Esforço Multidisciplinar

A tão desejada teoria que sustente a computação neuromórfica não será uma teoria única, mas será construída a partir de muitas subteorias. "Na verdade, é assim que a teoria da computação digital também funciona: É um sistema em camadas de subteorias conectadas," propõe Jaeger.

Assim, a criação de tal descrição teórica dos computadores neuromórficos exigirá uma estreita colaboração de cientistas de várias áreas, incluindo teóricos e experimentalistas de cada uma delas. "Os cientistas da computação devem estar cientes da física de todos esses novos materiais e os cientistas dos materiais devem estar cientes dos conceitos fundamentais da computação," disse Jaeger.

Fazer a ponte entre a ciência dos materiais, a neurociência, a ciência da computação e a engenharia está no cerne da proposta prática dos três pesquisadores, que estão promovendo a criação de um grupo multidisciplinar, batizado de CogniGron (Centro de Sistemas Cognitivos e Materiais de Groningen). "Todos temos os nossos pontos cegos," declarou Jaeger. "E a maior lacuna em nosso conhecimento é uma teoria fundamental para a computação neuromórfica. Nosso artigo é uma primeira tentativa de apontar como tal teoria poderia ser construída e como podemos criar uma linguagem comum."

Bibliografia:

Artigo: Toward a formal theory for computing machines made out of whatever physics offers
Autores: Herbert Jaeger, Beatriz Noheda, Wilfred G. van der Wiel
Revista: Nature Communications
Vol.: 14, Article number: 4911
DOI: 10.1038/s41467-023-40533-1









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