Engenheiros da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram um neurônio artificial cuja atividade elétrica se aproxima da das células cerebrais naturais. Esta inovação baseia-se em pesquisas anteriores da equipe usando nanofios de proteínas feitos de bactérias eletrogênicas. Esta nova abordagem poderá abrir caminho para computadores que operem com a eficiência dos sistemas vivos e até interajam diretamente com tecidos biológicos.
“Nossos cérebros processam enormes quantidades de dados”, disse Shuai Fu, estudante de graduação em engenharia elétrica e de computação na Universidade de Massachusetts Amherst e principal autor do estudo. comunicações da natureza. “Mas consome muito pouca energia, especialmente em comparação com o que é necessário para executar um grande modelo de linguagem como o ChatGPT.”
O corpo humano opera com notável eficiência elétrica – mais de 100 vezes maior que a dos circuitos de computador típicos. Só o cérebro contém bilhões de neurônios, que são células especializadas que enviam e recebem sinais elétricos por todo o corpo. A execução de tarefas como escrever uma história utiliza apenas cerca de 20 watts de energia do cérebro humano, enquanto grandes modelos de linguagem podem exigir mais de megawatts para fazer a mesma coisa.
Os engenheiros há muito procuram projetar neurônios artificiais para permitir uma computação mais eficiente em termos energéticos, mas reduzir sua voltagem para corresponder aos níveis biológicos tem sido um grande obstáculo. “Versões anteriores de neurônios artificiais usavam voltagens 10 vezes mais altas e 100 vezes mais energia do que as que criamos”, disse Jun Yao, professor associado de engenharia elétrica e de computação na UMass Amherst e autor sênior do artigo. Como resultado, os projetos anteriores eram muito menos eficientes e não podiam interagir diretamente com os neurônios vivos, que são sensíveis a sinais elétricos mais fortes.
“Nossos neurônios registram apenas 0,1 volts, o que é quase o mesmo que os neurônios do nosso corpo”, disse Yao.
Os novos neurônios de Fu e Yao têm uma ampla gama de aplicações, desde o redesenho de computadores de acordo com princípios bioinspirados e mais eficientes até dispositivos eletrônicos que podem se comunicar diretamente com nossos corpos.
“Atualmente, temos uma variedade de sistemas de detecção eletrônicos vestíveis”, disse Yao, “mas eles são relativamente volumosos e ineficientes. Cada vez que detectam um sinal de nossos corpos, eles devem ser amplificados eletricamente para que os computadores possam analisá-lo. A etapa intermediária de amplificação aumenta o consumo de energia e a complexidade do circuito, mas os sensores construídos com nossos neurônios de baixa tensão podem não exigir nenhuma amplificação. “
O ingrediente secreto dos novos neurônios de baixa potência da equipe são nanofios de proteínas sintetizados por bactérias extraordinárias Geobacter sulfurreducenstambém tem o superpoder de gerar eletricidade. Yao e seus colegas usaram nanofios de proteínas de bactérias para projetar um conjunto de dispositivos notavelmente eficientes: um biofilme movido a suor que pode alimentar eletrônicos pessoais; um “nariz eletrônico” que pode farejar doenças; e um dispositivo que pode ser construído a partir de quase qualquer coisa e pode extrair eletricidade do nada.
A pesquisa foi apoiada pelo Gabinete de Pesquisa do Exército, pela National Science Foundation, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Alfred P. Sloan.
