Cérebro de gato inspira projeto de supercomputador

O cérebro é um dos órgãos mais complexos do nosso corpo e, por isso, é um dos que mais reserva mistérios a ser desvendados. Por causa dele temos uma capacidade incrível para armazenar e processar informações, de maneira muito mais rápida que qualquer computador.

Algo ainda mais incrível proporcionado por essa máquina espetacular é o aprendizado, a capacidade que temos de aprender com experiências passadas e tomar decisões com base nesse conhecimento adquirido.

E não é apenas o cérebro humano que conquista lugar nas pesquisas científicas. Agora, um engenheiro da Universidade de Michigan pretende construir um supercomputador baseando-se no modelo de funcionado do cérebro de gatos.

Wei Lu, que concluiu seu doutorado pelo Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Princeton, desenvolveu um dispositivo eletrônico que “imita” o comportamento dos cérebros de gatos, possibilitando que, algum dia, os computadores possam aprender e reconhecer informações de maneira semelhante à dos humanos. “Nós estamos construindo um computador da mesma maneira que a natureza constrói um cérebro”, afirma Lu.

Transistores x Memristors

Fonta da imagem: Universidade de Michigan

Os microchips de hoje usam transistores para amplificar e interromper sinais elétricos. Você pode pensar nesses transistores como pequenos interruptores que podem estar ligados ou desligados e, dessa forma, representarem dados na forma de dígitos binários ou bits (0 e 1).

Os dispositivos nos quais os pesquisadores de Michigan estão trabalhando usam uma nova forma de transistores, chamados de “memristors”.

Pelo nome talvez você já tenha deduzido a grande novidade por trás da invenção: capacidade de memória, de armazenar informações passadas. Dessa forma, ao interromper a voltagem do dispositivo, o memristor ainda “se lembrará” das propriedades dos sinais elétricos que passaram por ele.

É possível fazer uma comparação entre os memristors e as sinapses, junções usadas pelos neurônios para comunicação. São as sinapses que possibilitam que os neurônios formem circuitos dentro do nosso sistema nervoso e, por isso, elas são essenciais para a “computação” realizada pelo cérebro.

Se analisarmos um computador normal, perceberemos que os dispositivos que cuidam da lógica e da memória estão separados, localizados em partes diferentes do circuito. Como resultado disso, o computador trabalha de maneira linear, passo a passo. E executando processos dessa forma, ele demora mais e, por consequência, gasta mais energia.

Já o cérebro trabalha diferente, realizando muitas operações em paralelo ou simultaneamente. Isso faz com que uma pessoa ou um gato possa reconhecer um rosto quase que instantaneamente, por exemplo.

Aplicação prática

O que Lu e outros pesquisadores da Universidade de Michigan estão fazendo é usar um memristor para ligar dois circuitos eletrônicos, assim como uma sinapse liga dois neurônios. O fortalecimento da conexão entre neurônios, estimulados um em relação ao outro, é o que os cientistas acreditam ser a base do aprendizado e da memória nos cérebros de mamíferos.  Ao imitar isso em um modelo computacional, o sistema torna-se capaz de memorizar e de aprender processos.

Os pesquisadores descobriram ser possível alterar a duração e a sequência da voltagem aplicada ao sistema para aumentar ou diminuir gradualmente o nível de sua condutividade elétrica. De acordo com Lu, mudanças similares acontecem na condutividade das sinapses, em nossos cérebros, e é isso que possibilita a memória de longo termo.

Com o modelo de supercomputador proposto pelos pesquisadores, seria possível que esse “cérebro eletrônico” calculasse rapidamente  o caminho mais curto entre um ponto e outro e pudesse recalcular quase que instantaneamente caso algo modificasse o cenário.

Lu acredita que um projeto desses seria especialmente interessante para o Departamento de Defesa dos Estados Unidos, que poderiam adotar o sistema para armas, robôs e veículos não tripulados.

Dessa forma, quando algo atrapalhasse o caminho de um desses robôs ou veículos, por exemplo, eles não precisariam enviar novas imagens para o centro de operações e esperar por novos comandos emitidos pelos militares. Os robôs seriam capazes de tomar suas próprias decisões.

Fonte da imagem: Lawrence Livermore National Laboratory

Hoje já temos supercomputadores que podem ser comparados ao cérebro de um gato. O Dawn, localizado no Lawrence Livermore National Laboratory, possui mais 140 mil unidades de processamento e 144 TB de memória principal.

Apesar dos números impressionantes, o Dawn é capaz de realizar tarefas cerca de 83 vezes mais devagar que o cérebro de um gato. Por isso, Lu acredita que a meta de construir um supercomputador tão rápido quanto o cérebro desse animal seja realista.

O próximo passo do pesquisador é construir um sistema maior, com centenas de neurônios e sinapses artificiais e, com isso, o grupo espera um dia chegar a construir supercomputadores com o tamanho de computadores comuns.

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