Resumo:
Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Suzhou e de outras instituições desenvolveram um conjunto flexível de sinapses artificiais que pode simular as mudanças na força das conexões sinápticas biológicas e se decompor rapidamente sob tratamentos químicos específicos. O dispositivo usa materiais de estrutura orgânica ligados a hidrogênio como camada funcional, MXene como eletrodo e filme de poliimida (PI) como substrato flexível. A equipe de pesquisa usou o processamento de soluções para criar um array 10×10, contendo um total de 100 unidades sinápticas. Pesquisa relevante foi publicada no International Journal of Extreme Manufacturing.
O material central TCPP-HOF é composto de moléculas orgânicas à base de porfirina, que formam uma estrutura bidimensional ordenada através de ligações de hidrogênio. Quando uma tensão direta é aplicada, as cargas ficam presas e a condutância do dispositivo aumenta; quando uma tensão reversa é aplicada, as cargas são liberadas e a condutância diminui. Através desta mudança ajustável, o dispositivo pode exibir aprimoramento e inibição do tipo sináptico, incluindo características relacionadas ao aprendizado, como aprimoramento e inibição de longo prazo, e pode definir 10 estados de condutância diferentes. O tempo de comutação elétrica foi medido experimentalmente em 26 nanossegundos.
Os pesquisadores também usaram as características elétricas do dispositivo para avaliar a capacidade da rede neural convolucional de reconhecer dígitos manuscritos do MNIST. A taxa de precisão atingiu o máximo de 97,23% e o benchmark do software foi de 99,24%. A rede neural descrita no artigo contém aproximadamente 120.000 sinapses, mas a matriz física real é 10×10 com um total de 100 dispositivos; portanto, este conjunto de resultados mostra o potencial das características do dispositivo para computação semelhante ao cérebro e não significa que toda a rede de 120.000 sinapses tenha sido integrada neste pequeno conjunto.
No teste de flexibilidade, a matriz ainda funcionou depois de ser dobrada em torno de um raio de cerca de 5 mm 200 vezes, e a precisão do reconhecimento de dígitos manuscritos foi de 96,33%. O substrato PI desenhado pelos pesquisadores também pode ser decomposto em uma solução química de amina aquecida, convertendo-se em monômeros solúveis após cerca de 6 minutos de tratamento, deixando um pequeno resíduo inerte. Este processo requer soluções químicas e condições de aquecimento específicas, e não significa que o dispositivo desaparecerá por si só após o contato com a água ou com o ambiente natural.
A equipe acredita que as características de flexibilidade, processamento de soluções e decomposição controlável podem ser usadas em sensores vestíveis, capas eletrônicas flexíveis, robôs leves ou dispositivos eletrônicos de curto prazo no futuro, e também podem fornecer ideias para armazenamento temporário e destruição de informações. No entanto, os resultados atuais ainda são protótipos de laboratório e a escala do conjunto é limitada. Os pesquisadores ainda precisam resolver o impacto da umidade na estabilidade do dispositivo, expandir a matriz e testar a confiabilidade a longo prazo e a consistência da fabricação. Ainda não é um sistema de computação completo que possa substituir diretamente os processadores tradicionais ou chips comerciais de IA.
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