p Cada momento de vigília, nosso cérebro processa uma grande quantidade de dados para dar sentido ao mundo exterior. Assim, imitando a maneira como o cérebro humano resolve os problemas do dia a dia, os sistemas neuromórficos têm um enorme potencial para revolucionar a análise de big data e os problemas de reconhecimento de padrões que são uma luta para as tecnologias digitais atuais. Mas para que os sistemas artificiais sejam mais parecidos com o cérebro, eles precisam replicar como as células nervosas se comunicam em seus terminais, chamadas de sinapses. p Em um estudo publicado na edição de setembro da o Jornal da American Chemical Society , pesquisadores da Texas A&M University descreveram um novo material que captura o padrão de atividade elétrica na sinapse. Muito parecido com a forma como uma célula nervosa produz um pulso de corrente oscilante dependendo da história da atividade elétrica em sua sinapse, os pesquisadores disseram que seu material oscila de metal para isolante em uma temperatura de transição decidida pela história térmica do dispositivo.

p Os materiais são geralmente classificados em metais ou isolantes, dependendo se eles conduzem calor e eletricidade. Mas alguns materiais, como o dióxido de vanádio, levar uma vida dupla. Em certas temperaturas, o dióxido de vanádio atua como um isolante, resistir ao fluxo de calor e correntes elétricas. Mas quando aquecido a 67 graus Celsius, o dióxido de vanádio sofre uma mudança camaleônica em suas propriedades internas, convertendo-se em um metal.

p Essas oscilações para frente e para trás devido à temperatura tornam o dióxido de vanádio um candidato ideal para sistemas eletrônicos inspirados no cérebro, uma vez que os neurônios também produzem uma corrente oscilatória, chamado de potencial de ação.

p Mas os neurônios também agregam suas entradas em suas sinapses. Essa integração aumenta a voltagem da membrana do neurônio de forma constante, aproximando-o de um valor limite. Quando esse limite é ultrapassado, neurônios disparam um potencial de ação.

p "Um neurônio pode se lembrar de qual voltagem sua membrana está localizada e dependendo de onde sua voltagem de membrana está em relação ao limite, o neurônio irá disparar ou permanecer dormente, "disse o Dr. Sarbajit Banerjee, professor do Departamento de Ciências e Engenharia de Materiais e do Departamento de Química, e um dos autores seniores do estudo. "Queríamos ajustar a propriedade do dióxido de vanádio para que retenha alguma memória de quão próximo está da temperatura de transição para que possamos começar a imitar o que está acontecendo na sinapse dos neurônios biológicos."

p As temperaturas de transição para um determinado material são geralmente fixas, a menos que seja uma impureza, chamado de dopante, Está adicionado. Embora um dopante possa mover a temperatura de transição dependendo de seu tipo e concentração no dióxido de vanádio, O objetivo de Banerjee e sua equipe era imbuir um meio de ajustar a temperatura de transição para cima ou para baixo de uma forma que reflita não apenas a concentração do dopante, mas também o tempo decorrido desde que foi zerado. Essa flexibilidade, eles encontraram, só foi possível quando eles usaram o boro.

p Quando os pesquisadores adicionaram boro ao dióxido de vanádio, o material ainda faz a transição de um isolante para um metal, mas a temperatura de transição agora dependia de quanto tempo permanecia em um novo estado metaestável criado pelo boro.

p "Neurônios biológicos têm memória de sua voltagem de membrana; da mesma forma, o dióxido de vanádio com adição de boro tem uma memória de sua história térmica, ou falando formalmente, há quanto tempo está em um estado metaestável, "disse a Dra. Diane Sellers, um dos principais autores do estudo e ex-pesquisador do laboratório de Banerjee. "Essa memória determina a temperatura de transição na qual o dispositivo é levado a oscilar de metal para isolante."

p Embora seu sistema seja uma etapa inicial na imitação de uma sinapse biológica, experimentos estão em andamento para introduzir mais dinamismo no comportamento do material, controlando a cinética do processo de relaxamento do dióxido de vanádio, disse o Dr. Patrick Shamberger, professor do departamento de ciência dos materiais e autor correspondente no estudo.

p No futuro próximo, Dr. Xiaofeng Qiang, professor do departamento de ciência de materiais e colaborador de Banerjee neste projeto, planeja expandir a pesquisa atual explorando as estruturas atômicas e eletrônicas de outros compostos de óxido de vanádio mais complexos. Além disso, a equipe colaborativa também investigará a possibilidade de criar outros materiais neuromórficos com dopantes alternativos.

p "Gostaríamos de investigar se o fenômeno que observamos com o dióxido de vanádio se aplica a outras redes hospedeiras e outros átomos convidados, "disse o Dr. Raymundo Arróyave, professor do departamento de ciência dos materiais e autor correspondente no estudo. "Essa percepção pode nos fornecer várias ferramentas para ajustar ainda mais as propriedades desses tipos de materiais neuromórficos para diversas aplicações."

p Erick J. Braham, do Departamento de Química, é o co-autor principal deste estudo. Outros contribuintes para esta pesquisa incluem Baiyu Zhang, Drs. Timothy D. Brown e Heidi Clarke, do departamento de ciência de materiais; Ruben Villarreal do J. Mike Walker '66 Departamento de Engenharia Mecânica; Abhishek Parija, Theodore E. G. Alivio e Dr. Luis R. De Jesus do Departamento de Química; Dra. Lucia Zuin, da Universidade de Saskatchewan, Canadá; e Dr. David Prendergast do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Califórnia.