Material inanimado ouve sons e diz que número foi falado

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2023

O material ouve os sons e responde gerando em sua superfície uma espécie de código QR, que pode ser lido facilmente.
[Imagem: UDE/Robin Msiska]

Materiais inteligentes

Os chamados "materiais inteligentes estão aparecendo em um número cada vez mais significativo de pesquisas.

São materiais que apresentam uma espécie de "inteligência física", o que pode ser útil da robótica ao armazenamento de dados, sem contar um sem-número de novas possibilidades de sensores.

Esses experimentos colocaram a questão sobre os limites dessa inteligência física. Por exemplo, é possível que um material inanimado reconheça padrões de forma rápida e eficiente?

Robin Msiska e seus colegas da Universidade Duisburg-Essen, na Alemanha, decidiram encarar essa questão. Eles fizeram isto do ponto de vista teórico e experimental, partindo de um material já existente e bem caracterizado, e que vem sendo uma das estrelas de uma nova geração de sistemas de processamento e armazenamento de dados.

E as conclusões foram surpreendentes para quem pensa que apenas seres vivos podem interagir com o ambiente.

Os vórtices magnéticos do material agem sob o impulso das tensões elétricas aplicadas por 39 eletrodos.
[Imagem: Robin Msiska et al. - 10.1002/aisy.202200388]

Material computacional

Para fazer seus testes e desenvolver sua teoria, os pesquisadores usaram o reconhecimento de fala, pegando gravações de áudio dos dígitos falados - algarismos de 0 a 9 - de um banco de dados padrão.

Os físicos analisaram o tipo e a intensidade das frequências envolvidas para cada momento de cada palavra falada. A seguir, eles converteram essas informações em sinais de tensão elétrica, que então aplicaram a um filme magnético fino por meio de 39 contatos.

Esse material de filme fino contém pequenos redemoinhos magnéticos, chamados skyrmions, que reagem à tensão elétrica deformando-se - esse é um dos meios de usar os skyrmions para armazenar dados, embora haja demonstrações bem mais avançadas, por exemplo, unindo computação magnética com computação de reservatório.

"Colocando de modo simples, você pode imaginar [nosso aparato experimental] como um padrão de grade em preto e branco que muda de forma em resposta aos sinais de entrada," explicou Msiska.

O resultado é que, ao "ouvir" os sons com o nome do algarismos, o material reage formando padrões únicos nos seus redemoinhos magnéticos para cada número falado, como se fosse um código QR, gerado automaticamente e de forma quase instantânea. A resposta pode então ser lida linearmente com métodos simples.

Os sons são convertidos em tensões elétricas e então aplicadas ao material, que responde de modo muito preciso a cada um.
[Imagem: Robin Msiska et al. - 10.1002/aisy.202200388]

Carros autônomos e exames médicos

O "material inteligente" reconheceu corretamente 97,4% dos números falados. Quando foram usadas apenas vozes femininas, o índice de acerto subiu para 98,5%. "Isso mostra o melhor desempenho já relatado para computadores de reservatório baseados em materiais," disse a professora Karin Everschor-Sitte, coordenadora da equipe.

E o material faz isso no menor dos espaços: A amostra com a qual os físicos trabalharam tem apenas um micrômetro de comprimento.

"Se alguém usa uma rede neural, o treinamento é caro e requer enormes conjuntos de dados. Nosso sistema material pode resolver problemas de aprendizado de máquina sem construir um sistema de milhões de neurônios interconectados - o reconhecimento de fala mostrado aqui é apenas um exemplo. Ele é mais rápido e usa menos energia," disse Karin.

Na sua opinião, é possível pensar em diversas aplicações potenciais para esses materiais responsivos, sobretudo onde vários sinais precisam ser detectados e interpretados, como acontece em veículos autônomos, na previsão do tempo ou em ambientes médicos.

De fato, o foco da pesquisa está se voltando agora para um exame médico padrão, o eletroencefalograma (EEG), que mede a atividade elétrica do cérebro. A equipe está investigando se o sistema magnético pode interpretar esses resultados de forma independente.

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