Em vez de coletar dados para processá-los em outro lugar, o aparelho detecta e interpreta a luz no mesmo local, à semelhança de um olho que processa informações visuais.
Segundo os pesquisadores, esta inovação poderia melhorar a eficiência de tecnologias visuais, como retinas artificiais e sensores ópticos inteligentes. Ela também poderia revolucionar a fabricação de redes neurais artificiais (RNA), que constituem um dos fundamentos do aprendizado de máquina.
"Ao usar materiais e nanoestruturas particulares, desenvolvemos o primeiro dispositivo capaz de reproduzir fielmente a dinâmica neural observada em um contexto biológico", explica Songrui Zhao, autor principal e professor associado de engenharia elétrica e de engenharia da computação.
Um dispositivo multicamadas sensível à luz Os pesquisadores fabricaram o dispositivo sobrepondo camadas de átomos usando uma técnica chamada epitaxia por feixe molecular. Em seguida, o expuseram a luz de diferentes cores, intensidades e durações, e mediram as mudanças nos sinais elétricos dentro do material.
Através de uma análise dos sinais ao longo de um determinado período, eles constataram que o dispositivo era capaz de combinar os sinais de entrada, armazenar brevemente a informação e desencadear uma resposta assim que um certo limiar era atingido. Este mecanismo se assemelha à maneira como um neurônio processa a informação e mostra que tal comportamento pode decorrer diretamente das propriedades físicas do material, em vez de um software ou circuito complexo.
"Ao projetar cuidadosamente as camadas, criamos um dispositivo cuja resposta à luz é ajustável, o que constitui a base para reproduzir o comportamento de um neurônio isolado", afirma o professor Zhao. "Conseguimos modular o fluxo de corrente elétrica para obter o comportamento desejado."
Construção de redes neurais a partir do zero Segundo os pesquisadores, dado que as redes neurais artificiais (RNA) são constituídas por um grande número de neurônios interconectados, este dispositivo poderia oferecer uma nova abordagem para o projeto de sistemas.
"Um neurônio artificial isolado é como uma célula que podemos usar como bloco de construção para construir redes a partir do zero", acrescenta o professor Zhao. "É uma ideia um pouco louca: criar algo que se assemelhe a um sistema biológico a partir de um material inorgânico."
Tal abordagem poderia resultar em um processamento de informações mais eficiente e em aplicações em computação de ponta, por exemplo.
O pesquisador explica que os próximos estudos se concentrarão na ampliação da faixa de sensibilidade luminosa do dispositivo e na otimização de seu desempenho, bem como em aplicações como a criptografia de dados, onde um processamento de informações diretamente no nível do sensor poderia reforçar a segurança.