Os primeiros neurônios artificiais que se comunicam diretamente com células vivas
Um grupo de engenheiros da Universidade de Massachusetts (UMass) Amherst anunciou a criação de uma neurona artificial capaz de reproduzir com precisão as funções elétricas das células biológicas. O avanço, baseado em pesquisas anteriores com nanofios de proteínas sintetizados a partir de bactérias geradoras de eletricidade, pode abrir caminho para computadores extremamente eficientes, projetados a partir de princípios biológicos e capazes de interagir diretamente com células vivas.
“Nosso cérebro processa uma quantidade imensa de dados”, explica Shuai Fu, estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e ciência da computação na UMass Amherst e autor principal do estudo publicado na revista Nature Communications. “Mas seu consumo de energia é muito, muito baixo, especialmente quando comparado à quantidade de eletricidade necessária para operar um Modelo de Linguagem de Grande Escala (LLM), como o ChatGPT.”
O corpo humano é mais de 100 vezes mais eficiente eletricamente do que um circuito de computador. Enquanto o cérebro utiliza apenas cerca de 20 watts para executar tarefas complexas, como escrever uma história, um LLM pode demandar mais de um megawatt de eletricidade para realizar a mesma atividade.
Embora engenheiros venham explorando há algum tempo o uso de neurônios artificiais para desenvolver computadores mais eficientes, o grande obstáculo sempre foi manter a tensão em níveis suficientemente baixos. “Versões anteriores de neurônios artificiais utilizavam 10 vezes mais voltagem e 100 vezes mais potência do que o que conseguimos criar”, afirma Jun Yao, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação na UMass Amherst e autor sênior do estudo. Isso significava que as tentativas anteriores não apenas eram ineficientes, como também não podiam ser conectadas diretamente a neurônios vivos, que seriam danificados por uma amplitude de voltagem tão elevada.
“Nossa versão opera com apenas 0,1 volt, aproximadamente o mesmo valor das neurônios em nosso corpo”, acrescenta Yao.
As aplicações dessa nova neurona são bastante amplas, abrangendo desde o redesenho de computadores baseados em princípios bioinspirados e mais eficientes até dispositivos eletrônicos capazes de “comunicar-se” diretamente com o corpo humano.
“Atualmente, temos todo tipo de sensores eletrônicos portáteis, mas eles são relativamente grandes e ineficientes”, comenta Yao. “Cada vez que detectam um sinal do nosso corpo, precisam amplificá-lo eletricamente para que um computador consiga analisá-lo. Essa etapa intermediária de amplificação aumenta tanto o consumo de energia quanto a complexidade do circuito. Sensores construídos com nossas neurônios de baixo consumo poderiam eliminar completamente essa necessidade de amplificação.”
O elemento-chave dessa neurona de baixo consumo é um nanofio de proteína sintetizado a partir da notável bactéria Geobacter sulfurreducens, capaz de produzir eletricidade. Yao e seus colegas já utilizaram esses nanofios para desenvolver diversos dispositivos de alta eficiência, como uma biopelícula que aproveita o suor para gerar energia para aparelhos eletrônicos pessoais, uma “nariz eletrônico” capaz de detectar doenças e um dispositivo capaz de gerar eletricidade a partir do ar.
