Novos neurônios artificiais baseados em laser processa enormes conjuntos de dados em alta velocidade
Os cientistas desenvolveram um novo tipo de neurônio artificial baseado em laser que imita uma célula nervosa biológica. Este neurônio artificial pode aumentar a computação de alta velocidade e inteligência artificial (AI), dizem os pesquisadores.
Os neurônios artificiais imitam as células do nervo, ativando quando atingem um determinado limiar de informação. Quando um neurônio biológico recebe o tipo de informação suficientemente certo, ele gera um pulso elétrico para se comunicar com os neurônios próximos. Da mesma forma, os neurônios artificiais processam e transmitem informações computacionais somente depois de receber uma certa quantidade de dados eletrônicos relevantes.
Os neurônios artificiais existentes, conhecidos como neurônios de pico fotônico, imitam os neurônios biológicos de pico, respondendo a esses sinais de entrada com picos de todos os ou nada. Mas a maneira pela qual os neurônios recebem esses sinais de entrada significa que, por um curto período de tempo após cada pico, eles não podem responder a novas entradas. Este breve período de redefinição coloca um limite de velocidade nos cálculos realizados com os neurônios de pico artificiais.
Mas os novos neurônios artificiais transmitem informações por meio de sinais “classificados” com intensidade variável. No novo estudo, publicado em 19 de dezembro de 2024 na revista Ópticoos pesquisadores usaram um sistema de neurônios graduados para superar o limite de velocidade dos neurônios de pico. Assim como um neurônio biológico de classificação ou “não esbelto”, o sistema baseado em laser gerou sinais de saída cada vez mais fortes em resposta a estímulos consecutivos, por isso não precisava do mesmo período de redefinição que os neurônios de pico. Como resultado, o novo neurônio artificial transmitiu dados até 100.000 vezes mais rápido que os neurônios de pico artificial.
Os pesquisadores incorporaram o neurônio graduado em um sistema de computação de reservatório – um tipo de artificial Rede Neural que processa dados dependentes do tempo. Eles usaram esse sistema para digitalizar 700 amostras de batimentos cardíacos quanto à arritmia. O reservatório processou esses batimentos cardíacos a uma velocidade de 100 milhões de batimentos cardíacos por segundo – muito mais rápido que as redes neurais que picantes podem. O novo sistema detectou padrões arritmicos com mais de 98% de precisão. Em um experimento separado, o sistema analisou e classificou números manuscritos a uma taxa de quase 35 milhões de dígitos por segundo, com precisão de 92%.
“Com poderosos efeitos de memória e excelentes recursos de processamento de informações, um único neurônio classificado a laser pode se comportar como uma pequena rede neural”, estuda co-autor Charan Huangum engenheiro da Universidade Chinesa de Hong Kong, disse em um declaração. “Portanto, mesmo um único neurônio classificado por laser sem conexões complexas adicionais pode executar tarefas de aprendizado de máquina com alto desempenho”.
A conexão de vários neurônios graduados pode oferecer um poder de computação ainda maior. “Neste trabalho, usamos um único neurônio classificado a laser, mas acreditamos que em cascata vários neurônios classificados a laser desbloqueará ainda mais seu potencial, assim como o cérebro tem bilhões de neurônios trabalhando juntos em redes”, disse Huang.
“Nossa tecnologia pode acelerar a tomada de decisão da IA em aplicações críticas ao tempo, mantendo alta precisão”, acrescentou Huang. “Esperamos que a integração de nossa tecnologia em dispositivos de computação de borda-que processam os dados próximos de sua fonte-facilitem os sistemas de IA mais rápidos e inteligentes que melhor atendem a aplicações do mundo real com redução do consumo de energia no futuro”.
