Neuroprocessador fotônico traz inteligência artificial embutida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/11/2020

Chip com inteligência artificial movido a luz - tecnologia reúne imagem, processamento, aprendizado de máquina e memória.
[Imagem: RMIT University]

Neuroprocessador fotônico

Pesquisadores australianos apresentaram o protótipo de um chip fotônico - alimentado por luz, em vez de eletricidade - que junta sensor de imagem, processamento, memória e inteligência artificial.

É apenas um chip de teste, ainda bastante rudimentar, mas a integração da inteligência artificial em um hardware alimentado por luz representa uma demonstração de uma plataforma que pode revolucionar toda a tecnologia.

Por simples que ainda seja, trata-se de um neuroprocessador fotônico com inteligência artificial embutida - um neuroprocessador imita o funcionamento do cérebro humano; fotônico significa que ele funciona virtualmente na velocidade da luz; e dispensando softwares específicos pesados porque a inteligência artificial está embutida em seu hardware.

Se o seu desenvolvimento se der sem tropeços, esse chip de luz poderia viabilizar, apenas numa primeira etapa, tecnologias autônomas mais inteligentes e miniaturizadas, podendo ser incorporado em carros, drones, robôs, exoesqueletos inteligentes e implantes biônicos, como retinas artificiais.

"Nossa nova tecnologia aumenta radicalmente a eficiência e a precisão ao trazer vários componentes e funcionalidades para uma única plataforma. Isso está nos aproximando de um dispositivo de inteligência artificial tudo-em-um inspirado na maior inovação de computação da natureza - o cérebro humano.

"Nosso objetivo é replicar uma característica central de como o cérebro aprende, imprimindo a visão como memória. O protótipo que desenvolvemos é um grande salto em direção à neurorrobótica, melhores tecnologias para interação humano-máquina e sistemas biônicos escaláveis," disse o professor Sumeet Walia, da Universidade RMIT.

Ilustração mostrando como o neuroprocessador fotônico combina o software central necessário para IA com hardware de captura de imagens, em um único dispositivo eletrônico.
[Imagem: RMIT University]

Inteligência artificial embutida

A inteligência artificial tipicamente depende muito de software e de processamento de dados intensivo, o que restringe seu uso embarcado. O novo protótipo foi construído com o objetivo justamente de integrar o hardware e o software do aprendizado de máquina, viabilizando o processamento local.

"Imagine uma câmera de painel em um carro integrada a um hardware neuro-inspirado - ela pode reconhecer luzes, placas indicativas, objetos e tomar decisões instantâneas, sem ter que se conectar à internet," disse Walia. "Reunindo tudo em um único chip, podemos oferecer níveis sem precedentes de eficiência e velocidade na tomada de decisões autônoma e baseada em IA."

O novo protótipo é um melhoramento de um chip neuromórfico que usa a luz para imitar o cérebro que a mesma equipe apresentou no ano passado.

Foram incorporados novos recursos que permitiram que o chip agora possa capturar e otimizar imagens automaticamente, classificar números e ser treinado para reconhecer padrões. Operando com um sensor de 60 x 60 píxeis, o neuroprocessador alcançou uma taxa de precisão de 90% no reconhecimento de imagens e letras escritas à mão.

Embora funcione inteiramente com luz, a equipe tem-se esmerado em manter o chip compatível com as tecnologias eletrônicas e de silício atuais, facilitando sua integração futura.

Como o chip de luz funciona

O neuroprocessador fotônico é inspirado na optogenética, uma ferramenta da biotecnologia que permite lidar com o sistema elétrico do corpo com grande precisão, usando a luz para manipular os neurônios.

Ele foi construído com um material monoatômico - o fósforo negro, ou fosforeno - que muda a resistência elétrica em resposta a diferentes comprimentos de onda da luz.

As diferentes funcionalidades, como capturar imagens, armazenar memória ou fazer cálculos são obtidas disparando diferentes cores de luz no chip.

"Nosso protótipo é um avanço significativo em direção ao que há de mais moderno na eletrônica: um cérebro em um chip que pode aprender com seu ambiente, assim como nós," disse Walia.

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