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Informática

Neuroprocessador fotônico traz inteligência artificial embutida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/11/2020

Neuroprocessador fotônico com inteligência artificial embutida
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.

Neuroprocessador fotônico com inteligência artificial embutida
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.

Bibliografia:

Artigo: Fully Light-Controlled Memory and Neuromorphic Computation in Layered Black Phosphorus
Autores: Taimur Ahmed, Muhammad Tahir, Mei Xian Low, Yanyun Ren, Sherif Abdulkader Tawfik, Edwin L. H. Mayes, Sruthi Kuriakose, Shahid Nawaz, Michelle J. S. Spencer, Hua Chen, Madhu Bhaskaran, Sharath Sriram, Sumeet Walia
Revista: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202004207





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