O humilde capacitor ganha superpoderes para computação neuromórfica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/02/2019

Os capacitores de ordem fracionária podem armazenar temporariamente o sinal de maneira similar ao comportamento dos neurônios.
[Imagem: Agamyrat Agambayev et al. - 10.1063/1.5040345]

Capacitores como sinapses

A combinação de um polímero e micropartículas de molibdenita permitiu criar um novo tipo de capacitor que pode imitar a maneira como o cérebro processa informações.

Com isto, o chamado "capacitor de ordem fracionária" pode se tornar uma alternativa aos memoristores, que têm sido a base da construção dos primeiros processadores neuromórficos.

É possível construir um capacitor de ordem fracionária usando a eletrônica tradicional, mediante a combinação de componentes tradicionais em um circuito, mas isso requer um grande número de resistores e capacitores, o que torna o dispositivo final complicado, grande e caro.

Fabricado como um componente único, este dispositivo expande a faixa de frequências que podem ser alcançadas, tornando-os melhores em armazenamento de energia em quantidades discretas e controláveis.

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Capacitor de ordem fracionária

Os componentes eletrônicos de ordem fracionária vêm ganhando atenção devido às suas propriedades não-convencionais, que permitem maior flexibilidade - os componentes analógicos tradicionais são os resistores, os capacitores e os indutores, ou bobinas.

Por exemplo, os capacitores de ordem fracionária podem armazenar temporariamente o sinal de maneira similar ao comportamento dos neurônios, imitando assim a capacidade de processamento de informações do cérebro humano.

"Os capacitores convencionais mudam o ângulo de fase dos sinais elétricos senoidais em -90 graus apenas. Os capacitores de ordem fracionária mudam o ângulo de fase para qualquer valor desejado entre 0 e -90 graus," explica Agamyrat Agambayev, pesquisador da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita.

Com isto, cada componente pode armazenar não apenas 0 ou 1, mas uma infinidade de valores entre 0 e 1.

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Aumentar a frequência e usar

Agambayev criou um capacitor de ordem fracionária como um componente único misturando uma solução contendo partículas em escala micrométrica de dissulfeto de molibdênio com uma solução de polímero. As gotículas desta nova solução, uma vez completamente misturadas, foram colocadas num substrato de silício e deixadas para secar. Para finalizar o capacitor de ordem fracionária bastou adicionar os contatos elétricos.

O componente foi capaz de mudar a fase - ou retardo - de um sinal de entrada entre -80 e -58 graus, dependendo do polímero usado no compósito e da quantidade de dissulfeto de molibdênio. Outra grande vantagem é que ele opera em frequências entre 100 Hertz e 10 MegaHertz, uma faixa de frequências duas ordens de grandeza maior do que componentes similares construídos anteriormente.

"A seguir, vamos trabalhar para ampliar a largura de banda desses capacitores para frequências ainda mais altas e projetar sistemas eletrônicos robustos que incorporem nossos capacitores de ordem fracionária," disse Agambayev.

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