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Informática

Computação é feita na velocidade da luz - sem gastar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/11/2019

Computação é feita na velocidade da luz - sem gastar energia
Os contornos da imagem (direita) são calculados automaticamente pelo material artificial.
[Imagem: Amolf]

Material computacional

No início deste ano, o potencial impressionante dos metamateriais - muito além dos mantos de invisibilidade - foi demonstrado sem qualquer sombra de dúvida com a construção de um dispositivo passivo que resolve equações usando luz - sem computador.

Agora, uma equipe dos Países Baixos e dos EUA criou uma metassuperfície capaz de realizar operações matemáticas complexas de forma dinâmica, ou seja, não é mais necessário criar um metamaterial para cada cálculo que se deseja fazer.

Além disso, como a metassuperfície é transparente, ela pode ser usada diretamente em uma câmera digital, por exemplo, para executar cálculos necessários para reconhecer imagens em sistemas de vigilância ou de realidade virtual e aumentada.

Computação passiva

Andrea Cordaro e seus colegas se concentraram em uma das técnicas mais utilizadas no processamento de imagens, a detecção de contornos, que é a base para a identificação de objetos em imagens.

Normalmente, a detecção de contornos é realizada digitalmente usando circuitos eletrônicos integrados, o que implica limitações fundamentais de velocidade e alto consumo de energia, ou de maneira analógica, o que requer uma óptica volumosa.

Tudo isso foi substituído por um substrato transparente sobre o qual foram construídas nanobarras de silício, que interagem com a luz para fazer os cálculos.

Quando uma imagem é projetada na metassuperfície, a luz transmitida forma uma nova imagem que mostra os contornos da imagem original. Efetivamente, a metassuperfície executa uma operação de derivada matemática na imagem, que fornece uma visualização direta de bordas presentes na imagem.

A transformação matemática resulta do fato de que cada frequência espacial que compõe a imagem possui um coeficiente de transmissão específico através da metassuperfície. Essa transmissão ajustada é o resultado da complexa interferência gerada conforme a luz se propaga pela metassuperfície, interagindo com os nanopilares de silício, especialmente projetados para produzir a interação.

Computação é feita na velocidade da luz - sem gastar energia
Princípio de funcionamento (esquerda) e de uso (direita) da metassuperfície computacional.
[Imagem: Amolf]

Computação óptica

Esta nova técnica de computação e imageamento óptico opera na velocidade da luz e a operação matemática em si não consome energia, uma vez que envolve apenas componentes ópticos passivos.

A metassuperfície pode ser colocada diretamente em um chip detector CCD ou CMOS padrão, abrindo novas oportunidades na computação óptica e em uma eletrônica híbrida de baixo custo que opere com baixa potência e em pequenas dimensões, disse a equipe.

Bibliografia:

Artigo: High-Index Dielectric Metasurfaces Performing Mathematical Operations
Autores: Andrea Cordaro, Hoyeong Kwon, Dimitrios Sounas, A. Femius Koenderink, Andrea Alù, Albert Polman
Revista: Nano Letters
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02477






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