Neurônio artificial multissensorial tornará IA mais inteligente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/10/2023

Neurônio artificial bioinspirado e integrado, capaz de processar informações sensoriais visuais e táteis juntas.
[Imagem: Tyler Henderson/Penn State]

Neurônio artificial com múltiplos sentidos

A sensação do pelo de um gato pode revelar algumas informações, mas ver o felino fornece detalhes críticos: É um gato doméstico ou um leão? Embora o som do crepitar do fogo possa ser ambíguo, seu cheiro confirma a madeira queimada. Nossos sentidos se sinergizam para proporcionar uma compreensão abrangente, especialmente quando os sinais individuais são sutis: A soma coletiva das "entradas" pode ser maior que as suas contribuições individuais.

Os robôs tendem a seguir uma adição mais simples, mas Muhtasim Sadaf e colegas da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos EUA, conseguiram agora tirar proveito do conceito biológico para aplicação em uma nova classe de hardware talhado para a inteligência artificial (IA) que também obtém essa sinergia de múltiplas entradas.

Sadaf desenvolveu o primeiro neurônio artificial multissensorial integrado, um sistema que capta simultaneamente sinais tácteis e visuais, de modo que a saída de um sensor modifica os sinais do outro, com a ajuda da memória visual.

Isto promete elevar a um novo patamar a capacidade dos robôs de tomarem decisões. Por exemplo, um carro pode ter um sensor que procura obstáculos, enquanto outro detecta a escuridão para modular a intensidade dos faróis. Individualmente, esses sensores transmitem informações a uma unidade central que instrui o carro a frear ou ajustar os faróis. Permitir que os sensores se comuniquem diretamente entre si pode ser mais eficiente em termos de energia e de velocidade, especialmente quando as entradas de ambos são fracas.

Com o chip multissensorial, mesmo um flash de luz de curta duração pode aumentar significativamente a chance de uma decisão correta de movimento em uma estrada à noite ou dentro de uma sala totalmente escura.

"Isto porque a memória visual pode posteriormente influenciar e auxiliar as respostas táteis para a navegação," disse Sadaf. "Isso não seria possível se nosso córtex visual e tátil respondesse apenas às suas respectivas pistas unimodais. Temos um efeito de memória fotográfica, onde a luz brilha e podemos lembrar. Incorporamos essa capacidade em um dispositivo por meio de um transístor que fornece a mesma resposta."

É um fotomemoristor, ou fotomemotransístor, conjugado com um sensor tátil. Na linha superior, a ilustração do conceito; na linha inferior sua implementação em um circuito integrado.
[Imagem: Muhtasim Ul Karim Sadaf et al. - 10.1038/s41467-023-40686-z]

Neurônio artificial multissensorial

O neurônio artificial multissensorial foi fabricado conectando um sensor tátil a um fototransístor 2D de molibdenita (dissulfeto de molibdênio), um semicondutor com características elétricas e ópticas únicas, úteis para detectar luz e servir de base para transistores. O sensor gera picos elétricos de uma maneira que lembra os neurônios que processam informações, permitindo integrar sinais visuais e táteis.

O componente resultante é um fotomemoristor, ou fotomemotransístor, um transístor que pode lembrar entradas visuais, mais ou menos do mesmo jeito que uma pessoa consegue lembrar o leiaute geral de uma sala depois que um flash rápido de luz a ilumina - é um parente bem mais avançado do memoristor, o principal componente da computação neuromórfica.

É o equivalente a ver a luz indicadora de "Ligado" acesa no forno e sentir o calor saindo do equipamento - ver a luz acesa não significa necessariamente que o forno ainda esteja quente, mas uma mão só precisa sentir uma fração de segundo de calor antes de o corpo reagir e afastar a mão do perigo: A entrada de luz e calor desencadeia sinais que induzem a resposta da mão.

No caso do neurônio visuotátil, os pesquisadores mediram a "conclusão" do neurônio artificial observando as saídas de sinalização resultantes de sinais de entrada visuais e táteis. Para simular a entrada de toque, o sensor tátil utiliza o efeito triboelétrico, no qual duas camadas deslizam uma contra a outra para produzir eletricidade, o que significa que os estímulos de toque foram codificados em impulsos elétricos.

De modo muito interessante para usos práticos, a resposta sensorial do neurônio aumenta quando os sinais visuais e táteis são fracos. "Curiosamente, este efeito ressoa notavelmente bem com a sua contraparte biológica - uma memória visual aumenta naturalmente a sensibilidade ao estímulo táctil," lembra Najam Sakib, membro da equipe. "Quando as dicas são fracas, é preciso combiná-las para entender melhor as informações, e foi isso que vimos nos resultados."

Integrar mais sentidos

Um sistema de neurônios multissensoriais artificiais promete aumentar a eficiência da tecnologia de sensores, além de abrir caminho para usos de IA menos intensivos em energia. Como resultado, robôs, drones e veículos autônomos poderiam navegar no seu ambiente de forma mais eficaz, sem gastar tanto as baterias.

"A soma superaditiva de sinais visuais e táteis fracos é a principal realização da nossa pesquisa," disse Andrew Pannone, membro da equipe. "Para este trabalho, analisamos apenas dois sentidos. Estamos trabalhando para identificar o cenário adequado para incorporar mais sentidos e ver quais benefícios eles podem oferecer."

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