Cientistas anunciaram um avanço revolucionário no campo da tecnologia da informação: a criação de um memristor capaz de armazenar e processar dados simultaneamente, seguindo o modelo das células cerebrais.
Através do uso de nanocristais de perovskita haleto, essa inovação promete otimizar o processamento paralelo de grandes volumes de dados, sem comprometer a eficiência energética. Vale destacar que a tecnologia não busca substituir a arquitetura clássica de computadores, mas sim aprimorá-la ainda mais.
Aprimorando a computação através do uso de nanocristais de perovskita.
Apesar de todos os avanços tecnológicos, o cérebro humano ainda é considerado uma máquina incrivelmente complexa e superior aos computadores em vários aspectos. Enquanto as máquinas são capazes de realizar cálculos matemáticos em alta velocidade, o cérebro humano é dotado de uma capacidade impressionante de processar informações sensoriais complexas e adaptar-se a novas experiências de forma rápida e eficiente. Tudo isso, consumindo apenas uma fração da energia requerida por um laptop.
A estrutura cerebral é um fator preponderante para sua eficiência energética. Ao contrário dos computadores, onde a memória e o processamento são elementos distintos que precisam constantemente transferir informações entre si, os neurônios e as sinapses no cérebro são capazes de armazenar e processar informações de forma simultânea.
Essa integração elimina a necessidade de transferência constante de dados, evitando assim a lentidão comum em sistemas que lidam com grandes quantidades de informações.
"As limitações dos computadores tradicionais têm sido um desafio constante para a evolução da tecnologia. Uma possível solução para superar esse obstáculo é a criação de arquiteturas de computador inspiradas no cérebro humano, que apresenta uma eficiência energética superior aos dispositivos eletrônicos convencionais.
Nesse sentido, os cientistas estão desenvolvendo memristores, componentes que combinam armazenamento e processamento de dados como as células cerebrais.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores dos Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa), ETH Zurich e do “Politecnico di Milano” obteve avanços significativos nessa área. Eles desenvolveram um novo memristor baseado em nanocristais de perovskita haleto, mais poderoso e fácil de fabricar do que seus antecessores. Os resultados dessas pesquisas foram publicados na renomada revista científica Science Advances.
Desempenho através de condutividade iônica e eletrônica mista
Os novos memristores têm como base os nanocristais de haleto de perovskita, um material semicondutor comum na fabricação de células solares. Segundo Rohit John, ex-bolsista da ETH e pesquisador de pós-doutorado na ETH Zurich e na Empa, “as perovskitas de haleto conduzem íons e elétrons”. Essa dupla condutividade permite cálculos mais complexos que se assemelham aos processos cerebrais.
Os cientistas conduziram uma pesquisa intrigante no Empa, onde todo o experimento foi realizado no laboratório de Filmes Finos e Fotovoltaicos e no laboratório de Transporte em Interfaces Nanoescalas.
Utilizando a tecnologia de memristores de película fina, os pesquisadores investigaram suas propriedades físicas e simularam uma tarefa computacional complexa, que se assemelha ao processo de aprendizagem no córtex visual do cérebro. A tarefa desafiadora consistia em determinar a orientação da luz com base nos sinais da retina.
Maksym Kovalenko, professor da ETH Zurich e líder do grupo de pesquisa de Materiais Inorgânicos Funcionais do Empa, comentou: “Esta é apenas a segunda vez que esse tipo de cálculo é realizado em memristores. Além disso, nossos memristores são significativamente mais fáceis de fabricar em comparação com os anteriores.”
Uma das razões pelas quais as perovskitas são tão fascinantes é porque, ao contrário de muitos outros semicondutores, elas cristalizam a temperaturas mais baixas. Isso é especialmente interessante no contexto de memristores, já que os novos dispositivos não exigem um pré-condicionamento complexo através da aplicação de voltagens específicas. Ao contrário de dispositivos comparáveis, os memristores de perovskita são mais rápidos e eficientes em termos de energia.
Complementar em vez de substituir
Embora a tecnologia de memristores de perovskita pareça promissora, ela ainda não está pronta para ser implantada em larga escala. Ainda há desafios significativos a serem superados, como a integração com os chips de computador existentes.
Infelizmente, a temperatura necessária para processar o silício – que fica entre 400 e 500 graus Celsius – não é tolerada pelas perovskitas. No entanto, de acordo com Daniele Ielmini, professor do “Politecnico di Milano”, a integração com a tecnologia existente é fundamental para o sucesso de novas tecnologias de computação inspiradas no cérebro.
De acordo com Daniele Ielmini, o objetivo do desenvolvimento de memristores não é substituir a arquitetura de computador clássica, mas sim criar arquiteturas alternativas que possam executar tarefas específicas com maior eficiência energética e rapidez.
Isso é particularmente importante para o processamento paralelo de grandes quantidades de dados, que são gerados em várias áreas, desde a agricultura até a exploração espacial. Felizmente, existem outros materiais com propriedades semelhantes que podem ser utilizados para a produção de memristores de alto desempenho.
Segundo Alessandro Milozzi, estudante de doutorado do “Politecnico di Milano”, agora é possível testar diferentes materiais para aperfeiçoar o projeto de memristor e encontrar alternativas que possam ser melhor integradas com o silício.
Referência: “Memdiodes de perovskita de haleto iônico-eletrônico que permitem a computação neuromórfica com uma complexidade de segunda ordem” por Rohit Abraham John, Alessandro Milozzi, Sergey Tsarev, Rolf Brönnimann, Simon C. Boehme, Erfu Wu, Ivan Shorubalko, Maksym V. Kovalenko e Daniele Ielmini, 23 de dezembro de 2022, Science Advances .
DOI: 10.1126/sciadv.ade0072
