Memcomputação: os domínios magnéticos inspirados na rede neural humana

A limítrofe entre máquina e homem vai deixar de existir? (Fonte da imagem: Reprodução/Techinews24)

E se máquinas começassem a funcionar de modo semelhante ao cérebro humano? Ao que parece, este fabuloso horizonte pode estar apenas a alguns anos de distância... Acontece que pesquisadores já conseguiram criar malhas fechadas de domínios magnéticos que, grosso modo, se comportam de forma bastante parecida à rede neural humana. A recente descoberta ainda deixa a comunidade científica um pouco confusa, é verdade.

Mas os estudiosos já ousam dizer que computadores poderão ser capazes de realizar processos e armazenar dados simultaneamente em uma mesma plataforma – o que deve consolidar um novo e revolucionário paradigma no campo dos eletrônicos.

Significa dizer que um dos grandes problemas relacionados à administração de dados por computadores tem chances palatáveis de ser solucionado: para que o armazenamento de informações seja feito, uma solicitação à CPU deve ocorrer (na falta de energia, por exemplo, dados complexos podem ser perdidos).

Se o processamento e armazenamento desses dados forem feitos de modo simultâneo (assim como acontece no cérebro humano), a era da memcomputação poderá de fato ser inaugurada. E de onde toda esta história vem? O que são “malhas fechadas de domínios magnéticos” e “memcomputação”? Acompanhe este artigo e fique por dentro dos projetos que a promissora tecnologia do século 21 nos reserva.

Domínios magnéticos: o germe da "rede neural"

Estudos desenvolvidos pelo Departamento de Energia do Laboratório Nacional de Oak Ridge (Tennessee, EUA) revelaram fatos verdadeiramente impressionantes sobre a forma de comportamento de zonas de polarização controladas (conhecidas também como “domínios magnéticos”). Os experimentos foram feitos sobre materiais ferroelétricos, que, quando submetidos a campos elétricos, podem ter sua polarização alterada de modo espontâneo.

Malha de domínios funciona de modo semelhante à rede neural. (Fonte da imagem: Reprodução/LinearVideoLocadora)

A surpresa veio então a seguir: os domínios magnéticos (zonas de polarização controladas) passaram a funcionar como bits. Quando arranjos mais densos desses bits começaram a ser construídos, os domínios acabaram formando padrões complexos e dificilmente previsíveis. “Quando começamos a reduzir a distância entre os domínios, vimos algo que deveria ser completamente impossível”, diz Anton Ievlev, um dos pesquisadores do ORNL.

“Vontade própria” e caos

O que deixou o time de pesquisadores impressionado foi a relutância das redes de bits em manter um padrão mesmo quando submetidas a controles. Em vez de gerarem padrões determinados e, portanto, previsíveis, os domínios magnéticos assumiram formas alternativas e aparentemente aleatórias. “Então, quando tentamos desenhar um padrão, as estruturas acabaram não se formando. À primeira vista isso não fazia sentido. Pensávamos que, uma vez formado, o domínio iria manter-se inalterado – eles não deveriam depender dos domínios vizinhos”, explica Ievlev.

Depois de estudados os padrões formados pelos conjuntos de domínios sob uma variedade de condições, os pesquisadores descobriram que o comportamento das redes de bits poderia ser entendido por meio da Teoria do Caos: um domínio iria suprimir a criação de um domínio vizinho, mas facilitaria, por outro lado, a formação de um domínio em uma região mais distante. “Um pré-requisito do comportamento caótico”, conforme comenta Sergei Kalinin, que assina a pesquisa conduzida pelo ORNL como líder do estudo.

E o caos foi visto no espaço. (Fonte da imagem: Reprodução/Umbandeando)

Outro aspecto admirado pelos cientistas foi o testemunho da produção do comportamento caótico no espaço. “O comportamento caótico acontece geralmente no tempo, e não no espaço. Vê-lo acontecer no espaço é algo incrivelmente incomum”, admite Ievlev. De acordo com Yuriy Pershin, pesquisador colaborador da universidade da Carolina do Sul (EUA), o time possui agora as peças fundamentais necessárias à construção de um novo paradigma no campo dos eletrônicos: a era da memcomputação pode estar finalmente despontando.

A memcomputação

O processamento e armazenamento simultâneo de informações é uma das capacidades mais formidáveis do cérebro humano – algo ainda não imitado nem mesmo pelos mais robustos dos computadores. Mas e se fosse possível fazer com que máquinas também captassem e armazenassem dados sem a necessidade de acionar uma CPU? Pois é justamente essa limitação (conhecida como Gargalo de von Neumann) que a memcomputação pretende zerar.

Ao reduzir ou praticamente eliminar a energia e tempo gastos por um computador durante o resgate de informações armazenadas para processamento posterior dos dados, um computador estaria funcionando de forma muito semelhante à rede de neurônios cerebral – se esse princípio fosse adotado pelas máquinas, PCs poderiam superar facilmente o desempenho do cérebro humano.

Armazenamento e processamento em uma mesma plataforma. (Fonte da imagem: Reprodução/Mevoseek)

O uso de materiais alternativos capazes de desempenhar, ao mesmo tempo, as funções de resistores, capacitores e de indutores é a solução ao Gargalo de von Neumann. É a essa nova forma de armazenamento e processamento de dados que se dá o nome de memcomputação. Em suma, memresistores, memcapacitoeres e memindutores seriam capazes de integrar-se em uma única plataforma, formando assim um sistema muito semelhante à rede neural do cérebro. Vale dizer que a memcomputação é um paradigma teoricamente datado de 1970 que, hoje, ganha alguma validade justamente em função do avança na pesquisa de materiais em nanoescala.

Apenas o primeiro passo

A combinação entre plataformas ferroelétricas de armazenamento e processamento de informações é uma possibilidade, afirmam os pesquisadores. Entretanto, a descoberta deve ser vista neste primeiro momento com cautela – equipamentos avançados e nada atraentes em sentido comercial foram usados durante os estudos, o que não viabiliza  desenvolvimento de memcomputadores em massa.

“Esses estudos nos fazem repensar o papel dos fenômenos eletroquímicos em materiais e superfícies ferroelétricas, pois as interações entre domínios magnéticos estão diretamente relacionadas ao comportamento das plataformas quando submetidas a reações eletroquímicas”, conclui Sergei Kalinin, que, apesar de adotar postura cética quanto à possibilidade de chagada imediata da memcomputação ao mercado, mostra-se confiante no futuro destas descobertas.

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Os pesquisadores norte-americanos não dataram a chegada da memcomputação para uso "caseiro". Naturalmente, este novo paradigma no campo dos eletrônicos deverá levar ainda algum tempo até se consolidar em meio ao grande mercado.

É importante mencionar que o procedimento descoberto pelos cientistas referem-se somente ao processamento e armazenamento de dados em uma única plataforma (recurso até então inexistente). Pensar, por exemplo, em um paralelo entre a consciência humana e o desenvolvimento de uma AI avançada às custas dos domínios magnéticos fechados recém-criados não é possível (pelo menos por enquanto...).