Substituindo o silício por moléculas que mudam de forma

Os pesquisadores mostram dispositivos moleculares que alternam entre as funções de memória, lógica e sinapse, permitindo a computação neuromórfica adaptativa diretamente em materiais eletrônicos.





À medida que os sistemas de computação vão além dos limites do silício, os pesquisadores buscam materiais que possam fazer mais do que simplesmente armazenar e processar dados.A eletrônica molecular já prometeu dispositivos ultracompactos, mas o comportamento molecular no mundo real mostrou-se imprevisível.Paralelamente, a computação neuromórfica tem como objetivo construir hardware que possa aprender e se adaptar como o cérebro.No entanto, a maioria das plataformas existentes depende de materiais rígidos que apenas imitam a aprendizagem através de circuitos complexos.


Para colmatar esta lacuna, investigadores do Instituto Indiano de Ciência demonstraram uma nova forma de codificar a inteligência adaptativa diretamente na matéria molecular.Liderada por Sreetosh Goswami, do Centro de Nanociência e Engenharia, a equipe desenvolveu dispositivos moleculares cuja função pode ser alterada sob demanda.Um único dispositivo pode atuar como memória, lógica, processador analógico, seletor ou sinapse eletrônica, dependendo de como é estimulado.

A adaptabilidade vem do design químico.Os pesquisadores sintetizaram 17 complexos moleculares à base de rutênio e mostraram que pequenas mudanças na estrutura molecular e nos íons circundantes influenciam fortemente o modo como os elétrons se movem.Ao ajustar esta química, o mesmo dispositivo pode alternar entre o comportamento digital e analógico em uma ampla gama de estados de condutância.

Para explicar este comportamento, a equipe desenvolveu uma estrutura teórica que combina química quântica e física corporal.O modelo captura como o transporte de elétrons, a oxidação e redução molecular e o rearranjo de íons juntos determinam a dinâmica e a estabilidade da comutação.Isto permite que a função do dispositivo seja prevista a partir da estrutura molecular.A abordagem combina memória e computação no mesmo material, abrindo um caminho para o hardware neuromórfico onde o aprendizado é incorporado à própria matéria.


As principais características da pesquisa incluem:

Dispositivos moleculares quimicamente projetados com comportamento adaptativo
Múltiplas funções codificadas em um único dispositivo
Memória e computação unificadas no mesmo material
Teoria preditiva ligando estrutura molecular à função
Sreebrata Goswami, cientista visitante do CeNSE e coautor do estudo que liderou o design químico, afirma: "É raro ver adaptabilidade a este nível em materiais eletrónicos. Aqui, o design químico encontra a computação, não como uma analogia, mas como um princípio de funcionamento."