Chips cerebrais vão se dissolver depois de fazerem seu trabalho
[Imagem: Kiran A Nirmal et al. – 10.1088/2631-7990/ae542d]
Chips que imitam o cérebro
A computação neuromórfica, aquela projetada para imitar o funcionamento do cérebro, está prestes a se livrar das limitações impostas pela rigidez dos componentes eletrônicos tradicionais, baseados no silício e outros semicondutores.
Pesquisadores coreanos criaram memoristores – os equivalentes aos transistores da computação inspirada no cérebro – feitos de materiais flexíveis, biocompatíveis e biodegradáveis.
Esses componentes funcionam como as sinapses em um cérebro humano, combinando armazenamento de dados e computação em uma única unidade altamente eficiente – em um computador eletrônico tradicional, os dados ficam guardados na memória e são computados no processador, o que exige um constante vaivém demorado e que ainda desperdiça energia e gera muito calor.
E não é só a computação que tem a ganhar: A natureza rígida e quebradiça torna os semicondutores tradicionais incompatíveis com as superfícies macias e dinâmicas do corpo humano. Essa incompatibilidade mecânica frequentemente desencadeia respostas imunológicas e danos aos tecidos, fazendo com que as interfaces humano-máquina e os neurochips tenham vida curta e funcionalidades limitadas. Com os memoristores biocompatíveis, essas limitações caem por terra.
[Imagem: Kiran A Nirmal et al. – 10.1088/2631-7990/ae542d]
Memoristores transientes
Em vez de depender das pastilhas de silício rígidas, as novas sinapses artificiais são construídas com materiais macios e biocompatíveis, que variam de polímeros a fibroína de seda natural e metais transitórios.
Eles funcionam por meio de um mecanismo chamado comutação resistiva: Quando uma tensão elétrica atinge o material, os íons migram fisicamente, criando filamentos condutores microscópicos. É mais ou menos como aventureiros abrindo uma nova trilha em uma vegetação densa: Quanto mais frequentemente um pulso elétrico percorre essa rota, mais amplo e estabelecido se torna o caminho condutor, permitindo que o hardware aprenda e se adapte fisicamente aos dados recebidos.
Os protótipos desses memoristores flexíveis podem se curvar em um raio de apenas 2,5 milímetros, sem perder a estabilidade elétrica e mantendo uma alta taxa de comutação liga/desliga. Por imitarem as células biológicas, eles consomem energia na escala dos femtojoules, uma fração da energia necessária para o funcionamento dos transistores convencionais.
[Imagem: Kiran A Nirmal et al. – 10.1088/2631-7990/ae542d]
Neurochips que se dissolvem
O maior impacto desta nova plataforma deverá ser nas pesquisas em neurociências e nos esforços de fusão do eletrônico com o biológico.
Os materiais usados na construção dos memoristores são projetados para desaparecer após o uso, oferecendo uma solução sustentável e ecológica – dependendo da composição química, os componentes podem se dissolver completamente em água em apenas 30 segundos, para aplicações de dados seguras e temporárias, ou se degradar em fluidos biológicos ao longo de seis meses, para implantes médicos.
Hoje, os neurochips funcionam por pouco tempo porque o sistema imunológico cedo ou tarde descobre que seus eletrodos são invasores, criando barreiras que impedem a coleta de dados. Já que não dá para ir contra as defesas do corpo, a ideia aqui é juntar-se a ela, dissolvendo o próprio chip depois que ele cumprir sua função, o que também elimina a necessidade de uma nova cirurgia para extração do implante.
Contudo, apesar do sucesso que essa demonstração representa, esses circuitos neuromórficos dissolúveis continuam como protótipos em escala laboratorial: Sua ampliação para linhas de montagem enfrenta sérios obstáculos, principalmente em relação à variabilidade de ciclo para ciclo e de célula para célula no ambiente real de operação.