O óxido de níquel é um material que pode 'aprender' como os animais e pode ajudar mais pesquisas de IA

    oxniquel topo22/12/2021 - O óxido de níquel, o material com listras cinza e preta, apresenta propriedades únicas quando exposto ao hidrogênio. Um material único, o óxido de níquel demonstra a capacidade de aprender coisas sobre seu ambiente de uma maneira que emula as habilidades de aprendizado mais básicas dos animais, como meus colegas e eu descrevemos em um novo artigo. Por mais de meio século, os neurocientistas estudaram as lesmas do mar para entender o aprendizado básico dos animais.

    Dois conceitos fundamentais de aprendizagem são habituação e sensibilização. A habituação ocorre quando a resposta de um organismo a um estímulo repetido diminui continuamente. Quando os pesquisadores tocam pela primeira vez uma lesma do mar, suas brânquias se retraem. Mas quanto mais eles tocam a lesma, menos ela retrai suas brânquias. A sensibilização é a reação extrema de um organismo a um estímulo prejudicial ou inesperado. Se os pesquisadores então chocarem uma lesma do mar, ela retrairá suas brânquias muito mais dramaticamente do que quando foi meramente tocada. Isso é sensibilização.

    Leia também - Pele de tilápia: a nova promessa no tratamento de queimaduras, criada no Brasil

    O óxido de níquel tem características surpreendentemente semelhantes a esse comportamento de aprendizado. Em vez de retrair as brânquias, medimos a mudança na condutividade elétrica do material. O estímulo, em vez de uma cutucada no dedo, alternava repetidamente o ambiente do óxido de níquel entre o ar normal e o gás hidrogênio.

    O óxido de níquel é interessante porque quando você o expõe ao gás hidrogênio, sua estrutura cristalina muda sutilmente e mais elétrons ficam disponíveis para gerar uma corrente elétrica. Em nosso experimento, continuamos alternando entre os ambientes somente de hidrogênio e o ar regular. Você esperaria que a condutividade elétrica oscilasse para cima e para baixo diretamente em relação à exposição ao hidrogênio ou ao ar. Mas, assim como com as lesmas do mar, a mudança na condutividade do óxido de níquel diminuiu lentamente à medida que o estimulávamos. Ele se habituou ao hidrogênio.

    oxniquel1
    Quando o óxido de níquel é banhado alternadamente em gás hidrogênio e ar, seu comportamento muda.

    Quando expusemos o material à luz brilhante ou ao ozônio, porém, ele mudou rapidamente sua condutividade – da mesma forma que uma lesma sempre responde dramaticamente a um pequeno choque. A capacidade de aprender, lembrar ou esquecer informações conforme necessário é uma habilidade poderosa para qualquer animal ou máquina. Até agora, a grande maioria das pesquisas no campo da inteligência artificial se concentrou em abordagens baseadas em software para aprendizado de máquina, com muito menos esforço dedicado ao estudo das habilidades de aprendizado dos materiais.

    No centro dessas duas áreas de pesquisa relacionadas está o campo dos computadores inspirados no cérebro. Para que a inteligência seja codificada em hardware, os cientistas precisam de semicondutores que possam aprender com a experiência passada e se adaptar a ambientes dinâmicos de uma maneira física semelhante à dos neurônios nos cérebros dos animais. Nossa nova pesquisa, mostrando como o óxido de níquel demonstra características de aprendizado, sugere como este ou materiais semelhantes podem servir como blocos de construção para computadores do futuro.

    oxniquel2
    A condutividade do óxido de níquel armazena informações de maneira semelhante à maneira como as lesmas aprendem.

    Antes que tais materiais possam ser incorporados em chips de computador, existem algumas lacunas de conhecimento que precisam ser abordadas. Por exemplo, ainda não está claro em que escalas de tempo um material precisa aprender para ser útil em sistemas elétricos. Com que rapidez algo precisa aprender ou esquecer para ser útil? Outra incógnita é como ou se é possível alterar a estrutura do óxido de níquel para produzir diferentes comportamentos de aprendizagem.

    oxniquel3
    Não está claro se o próprio óxido de níquel pode ser usado para computação, mas os conceitos em jogo podem inspirar mais inovações.

    Leia também - Cristais do tempo: como os cientistas criaram um novo estado da matéria

    Além de outros experimentos sobre o próprio material, há lições teóricas a serem exploradas. Observações do comportamento coletivo de animais na natureza – como bandos de pássaros e cardumes de peixes – inspiraram pesquisadores a desenvolver campos de IA como inteligência de enxames. De maneira semelhante, o interessante movimento coletivo de átomos e elétrons em materiais pode inspirar o design de IA e hardware no futuro.

    À medida que novos materiais que podem acomodar átomos móveis são descobertos, estou otimista de que veremos mais avanços que podem trazer os pesquisadores um passo mais perto de projetar computadores que emulem cérebros de animais.

    Fonte: https://techxplore.com/

    Translate

    ptenfrdeitrues