Memcomputação: física caótica abre caminho para computação cerebral

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/11/2013

Ferroeletricidade

Muitas descobertas prometem melhorar as memórias e mesmo os mecanismos de processamento dos computadores.

Contudo, um comportamento inesperado nos materiais ferroelétricos aponta para uma abordagem radicalmente diferente para o armazenamento e o processamento de dados, uma abordagem que está mais para o cérebro humano do que para os processadores eletrônicos.

Anton Ievlev, juntamente com uma equipe da Ucrânia, Rússia e EUA, descobriu o fenômeno ao estudar justamente os materiais ferroelétricos, cuja maior promessa são memórias de computador que não perdem dados na falta de energia.

A principal característica dos materiais ferroelétricos é a mudança de polarização magnética quando são submetidos a um campo elétrico.

Para construir uma memória dessas, os pesquisadores constroem os chamados "domínios magnéticos", zonas de polarização controlada que passam a funcionar como bits.

Bits com vontade própria

A surpresa veio quando eles começaram a adensar esses bits, construindo malhas mais fechadas de domínios magnéticos.

Em vez de ficar cada um na sua, os bits começaram a formar padrões complexos e imprevisíveis - ou quase imprevisíveis.

"Quando reduzimos a distância entre os domínios, começamos a ver coisas que deveriam ser completamente impossíveis," disse Ievlev.

Em vez de obedecer à técnica de construção, os domínios simplesmente se recusavam a ser criados no padrão desejado, ou assumiam padrões alternativos aparentemente aleatórios.

"À primeira vista, não fazia qualquer sentido. Nós pensávamos que, quando um domínio se forma, ele simplesmente se forma. Ele não deveria depender dos domínios vizinhos," explicou o pesquisador.

Mas os domínios magnéticos se mostraram donos de uma vontade intransigente, que não se dobrou ao desejo dos pesquisadores em construir malhas bem definidas de bits - em vez disso, surgiram padrões dos mais variados tipos.

Caos no espaço

Felizmente, a equipe tinha à mão a Teoria do Caos, ainda que tenham precisado usá-la de uma forma inédita.

"O comportamento caótico geralmente é produzido no tempo, não no espaço," explica Ievlev. "Ver um comportamento caótico produzido no espaço, como no nosso experimento, é algo incrivelmente incomum."

Incomum, mas muito útil.

Na verdade, a memória voluntariosa apresenta todos os requisitos necessários para a memcomputação, um paradigma da computação que preconiza que o armazenamento e o processamento ocorram na mesma plataforma física.

Memcomputação

Memcomputação, como se pode depreender, é uma junção de memória com computação, no sentido de realização de cálculos.

"A memcomputação é basicamente como o cérebro humano funciona: os neurônios e suas conexões, as sinapses, podem armazenar e processar informações no mesmo local. Este experimento com domínios ferroelétricos demonstra a possibilidade de [realização da] memcomputação," disse Yuriy Pershin, membro da equipe.

Isso seria feito codificando informações no raio do domínio e fazendo as operações lógicas na superfície do material ferroelétrico.

Embora o sistema, em princípio, tenha uma capacidade de computação universal, todo o experimento foi feito em microscópios eletrônicos, manipulando os domínios um a um.

Assim, serão necessárias muitas pesquisas para saber como o mecanismo se comporta em processos de fabricação mais sistematizados e que possam ser controlados eletronicamente.

Só então os engenheiros poderão começar a projetar esses "processadores cerebrais".

Bibliografia:

Intermittency, quasiperiodicity and chaos in probe-induced ferroelectric domain switching
Anton Ievlev, Stephen Jesse, Anna N. Morozovska, Evgheni Strelcov, Eugene A. Eliseev, Yuriy V. Pershin, Amit Kumar, Vladimir Ya. Shur, Sergei V. Kalinin
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2796