Novo dispositivo integra memória e processamento inspirado no cérebro humano

Um avanço significativo na computação neuromórfica foi alcançado com o desenvolvimento de um dispositivo eletrônico que combina funções de processamento e memória em uma única estrutura física, inspirado no funcionamento das sinapses cerebrais. Diferentemente dos computadores convencionais, que separam essas funções, essa inovação pode tornar os sistemas computacionais mais eficientes e econômicos.

O dispositivo foi criado a partir da interface entre dois materiais óxidos, lantânio e alumínio (LaAlO₃) e titanato de estrôncio (SrTiO₃), formando um canal condutor analógico que pode ser controlado eletricamente. Essa configuração permite que o componente atue simultaneamente como transistor, memristor e memcapacitor, funções que representam controle de corrente, resistência dependente do histórico e armazenamento de carga com memória, respectivamente.

Além da arquitetura diferenciada, que apresenta portas de controle laterais em vez da tradicional porta sobre o canal, o funcionamento analógico do aparelho possibilita múltiplos estados intermediários, superando a limitação digital de apenas dois estados (ligado e desligado). Essa característica é fundamental para a emulação de processos biológicos, como a plasticidade sináptica, que está ligada ao aprendizado e à memória.

O mecanismo de memória do dispositivo está relacionado ao acúmulo gradual de cargas nas portas laterais, que modulam o canal de condução por efeitos eletrostáticos, diferenciando-se de outros métodos baseados na migração de vacâncias de oxigênio. A capacidade de mudar de função por simples alterações na conexão elétrica — um fenômeno chamado polimorfismo eletrônico — destaca a versatilidade do componente.

Testes demonstraram que o dispositivo pode executar tarefas típicas do cérebro, como reconhecimento de padrões simples, reforço de respostas por estímulos repetidos e operações lógicas diretamente no hardware, sem necessidade de memória externa. Além disso, apresenta consumo energético extremamente baixo, na ordem de poucos nanojoules por operação.

Apesar dos avanços, os pesquisadores ressaltam que o trabalho ainda está em fase de prova de conceito, com desafios a superar para aplicação comercial, como escalabilidade e integração com tecnologias já existentes. A pesquisa é fruto de uma colaboração internacional consolidada, especialmente entre a Universidade Federal de São Carlos e a Universidade de Würzburg, na Alemanha, e contou com apoio da FAPESP.

O estudo também aprofundou a análise das propriedades de memória capacitiva do dispositivo, mostrando controle preciso e reversível das características capacitivas, essencial para a eficiência e baixo consumo dos futuros sistemas.

Este avanço representa um passo importante na busca por sistemas computacionais que se aproximem da complexidade e eficiência do cérebro humano, com potencial impacto em inteligência artificial, eletrônicos de baixo consumo e novas arquiteturas de processamento.