Superneurônio Artificial Realiza Tarefas de Detecção de Luz ao Processamento de IA

Nos sistemas de visão de máquina mais avançados, que utilizam inteligência artificial, a informação óptica costuma ser capturada por câmeras digitais de alta velocidade. No entanto, esse processo tradicional de captura e processamento de dados gera uma grande quantidade de informação redundante, resultando em alta latência e consumo de energia.

Para solucionar esse problema, tem havido um esforço considerável no desenvolvimento de abordagens mais eficientes, como a computação na borda, onde algumas tarefas computacionais e de memória são transferidas para sensores especiais. Esses sensores são capazes de perceber e processar o sinal óptico simultaneamente, eliminando a necessidade de transferir grandes volumes de dados para unidades de processamento central (CPUs).

A mais recente inovação nesse campo é o “superneurônio artificial,” um componente inteligente que pode detectar, ler, processar e armazenar informações de cada pixel de uma imagem em um modo não volátil. Este componente revolucionário permite a criação de plataformas completas de visão neuromórfica e processamento neuromórfico, aproveitando a computação na memória.

O componente em questão é um tipo de memoristor acionado por luz, conhecido como “fotomemoristor.” Além de trabalhar com elétrons gerados pela fotoexcitação de cada pixel, ele também opera por meio da migração iônica. Essa tecnologia promissora representa um avanço significativo na eficiência do processamento de informações ópticas, com amplas aplicações em diversos setores.

O fotomemoristor não volátil exibe uma capacidade de resposta reconfigurável que pode ser ajustada por meio de carga elétrica ou do fluxo de fótons que incide sobre ele durante a captura de imagem, a qual é armazenada diretamente no dispositivo, eliminando a necessidade de transferência tradicional encontrada em câmeras digitais convencionais.

Pela primeira vez, a equipe conseguiu empregar componentes desse tipo para criar uma lógica computacional completa, em que o mesmo fotomemoristor desempenha o papel de porta lógica e memória, utilizando a fotorresposta como variável de estado físico, substituindo os tradicionais elementos de luz, tensão e resistência.

Esses versáteis componentes multifuncionais, inspirados nas funcionalidades biológicas da retina humana, possibilitam o design de estruturas de computação específicas, como redes neurais para processamento visual neuromórfico, operações lógicas com respostas fotográficas e estímulos elétricos simultâneos, bem como aplicações de inteligência artificial de amplo espectro, integrando integralmente todas as etapas, desde a detecção de luz até o processamento.

A equipe concebeu um dispositivo de dois terminais, composto por molibdenita e grafeno, destinado a três finalidades essenciais: (1) facilitar a migração de íons de oxigênio com baixa barreira de energia; (2) operar como uma heteroestrutura de van der Waals geométrica-assimétrica metal-semicondutor-metal com estados de multifotorresposta; e (3) ampliar as funcionalidades de um memoristor tradicional, fornecendo não apenas condutância ajustável, mas também exibindo resposta reconfigurável à luz para leitura com polarização zero.

Este inovador conceito de fotomemoristor de dois terminais não apenas viabiliza abordagens abrangentes para computação em memória e sensoriamento de visão neuromórfica, como também é especialmente adequado para integração em alta densidade, aproveitando a base de semicondutores 2D exclusivamente.

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