O Chip Pensante

Os Avanços Tecnológicos da IA (Inteligência Artificial): a ergonómica interacção Homem-Máquina que irá por certo transformar e quiçá transmutar ou imponentemente modificar toda e qualquer concepção original de inteligência em termos meramente biológicos.

Para isso, o MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), em Boston, nos Estados Unidos, deu-nos a resposta pronta e concisa e, há muito esperada, ao projectar, desenvolver e colocar com enorme sucesso aliás, um «cérebro num chip» - menor que um pedaço de confete, de acordo com as palavras dos seus criadores -  fabricado e composto de dezenas de milhares de artificiais sinapses cerebrais conhecidas como «Memristores».

Este estudo foi publicado no dia 8 de Junho de 2020 pela revista «Nature Nanotechnology» (Nanotecnologia da Natureza, 2020) com o título: «Canais condutores de ligação para computação neuromórfica confiável»

Existe a noção de que, a criatividade, é supostamente um dos maiores atributos do ser humano. A genialidade também, se tivermos em conta todos os hercúleos esforços que a comunidade científica actualmente aplica sobre a AI (Artificial Intelligence) que domina cada vez mais todos os circuitos biotecnológicos numa engenharia tão especial e, específica, que por vezes nos cria igualmente a sensação de estarmos a desvendar certos segredos dos deuses; ou dessa tão inatingível inteligência dos seres supremos que porventura existem no Universo.

Passo a passo e dia a dia estamos cada vez mais parecidos com «eles», se eles assim no-lo permitirem ou, no-lo concedam, sem que tenhamos directa ou indirectamente ultrapassado certas linhas vermelhas do cosmos que nos inferem não termos habilidade ou mesmo identidade para o fazer; mas isso serão talvez cúspides divagações de quem, ainda hoje, se sente inferiorizado ou pungentemente metastizado por um crer maior que lhe dita não estar autorizado para tal.

Se tudo isso não passar de simples especulação, pois seremos tão válidos e competentes como tantos outros por esse Universo fora, então o caminho está aberto para esta outra realidade de termos cérebros pensantes em chips que nos irão, radicalmente talvez, mudar toda a linhagem e replicação do que foi ou é o ser humano de hoje.


A Era do Chip: implantes cerebrais (como por exemplo, os da Neuralink de Elon Musk), os mini-cérebros híbridos (que a Cortical Labs com sede em Melbourne, na Austrália, tem vindo a desenvolver nos ensaios que faz com neurónios biológicos incorporados em chips adaptados) ou os agora divulgados chips que encaixam dezenas de milhares de sinapses cerebrais artificiais, perfazem a realidade do desenvolvimento adquirido do Homem pela Máquina.

No entanto, até onde isso nos levará, já será uma questão para os grandes pensadores reflectirem e eventualmente nos alertarem sem que haja entretanto nada que faça estancar estes avanços, esta agora projecção tecnológica que nos assemelhará, hipoteticamente, a todos aqueles que vivendo galáctica e interestelarmente nos são ou poderão ser superiores...

                                                     O Cérebro Artificial num Chip

Hoje, a Ciência diz-nos que o poder da criação vai muito para além do que até aqui compúnhamos - ou admitíamos - na composição e complementarização humanas de resolvermos grande parte dos nossos problemas e, atingirmos assim, uma consciência maior que nos ditava sermos absolutamente únicos. Não somos e penso que já sabemos disso há muito tempo.

Quando surgiram os primeiros computadores e toda a dinâmica pensante mecânica que se exibia através dos ainda primitivos ou básicos mas mui fidedignos softwares e hardwares, o ser humano estava longe, muito longe supõe-se, de imaginar as grandes evoluções e repercussões que toda essa dinâmica instalaria a partir dai até aos nossos dias.

Já em 2011 o MIT nos dava notícias de um dos seus grandes projectos na criação de um dispositivo com a capacidade basicamente de fazer sinapses; de grosso modo foi isso que foi publicado e instado para a opinião pública de então.

(Em registo: um cérebro humano possui cerca de 100 biliões de neurónios, sendo que a comunicação entre eles é realizada através de sinapses; imitar essas sinapses artificialmente foi a base para a construção do chip)

Esse Cérebro Artificial do MIT de 2011 consistiu então em 400 transistores dispostos de forma a simular a comunicação interna das nossas mentes. De acordo com os especialistas «Da mesma forma que os Iões correm no nosso cérebro, através de átomos carregados electricamente como Sódio, Potássio e Cálcio, os Iões fazem igualmente o seu percurso através desses transistores no cérebro desenvolvido agora pelo MIT».

Na época, e segundo dados divulgados pela BBC, foram chamados a dar a sua opinião os mais reputados Professores de Neurobiologia da Universidade da Califórnia, nos EUA, convocados que foram também para analisar com todo o rigor possível esse cérebro artificial em funcionamento, pelo que a todos impressionou devido ao seu incrível realismo e exactidão.

Nada de muito importante, disseram os pseudo-entendidos, ciosos da novidade ou pouco generosos com esta revolucionária aptidão, por outros que, expectantes, resumiam estar-se perante a deplorável pretensão de nos fazermos passar por Deus numa criação do «Demo» em fabricação artificial de algo que só cabia ao mais omnipotente ser superior de luz e de todas as coisas.

Entre uma filosofia e outra, sem grande decoro ou subversiva importância há que o dizer, a comunidade científica foi-se aplicando e gerando a cada dia mais, uma miríade de projectos que se revelaria tão promissória quanto contraditória de, se realizar em chips, algo que só em filmes da ficção científica conceberíamos. Mas, como o Futuro é já hoje, numa sabedoria que nem Einstein refutaria, os chips aqui estão em anuência, consolidação e prevalência do que o Homem pode, a Ciência congemina e o Universo conspira... a nosso favor, acreditamos.

Da imaginação/ficção à realidade foi um passo: um passo de gigante, talvez só igual ou paralelamente semelhante ao do Homem na Lua. Engenheiros do tão famoso MIT conceberam em projecto e estrondoso design (algo que eles admitem peremptoriamente poder avançar no desenvolvimento de pequenos dispositivos portáteis de IA ou Inteligência Artificial) este chip pensante.

Novamente as questões que se sublevam e que, de certa forma oscilam, entre a bravura dos actos e a temeridade das práticas futuras: Estaremos a precipitar o nosso fatal destino com estas descobertas, estas investigações, numa ascensão meteorítica de todos os saberes, de todos os conhecimentos do que o cérebro ainda nos esconde e, associamos agora, a uma máquina que nos sobreporá...?!


O Cérebro num Chip: realidade ou ficção científica?... Parece que cada vez mais nos aproximamos de uma realidade só observada em filmes desse sector; no entanto, os engenheiros que tal proeza realizaram dizem-nos este ser só o começo desta outra verdade: Homem e Máquina são um só!

O Chip Pensante
Será vulgar denominar tal envergadura científica. Não se pretende tal, antes enfatizar este dispositivo mas de forma mais compreensível ou abrangente (ainda que para o cidadão comum esta coisa de se colocar um cérebro num chip não seja de todo a sua maior preocupação, a não ser que estes chips, replicados, lhes possam roubar o trabalho ou mesmo a dignidade humana).

Há que mencionar que todos estes projectos são e serão sempre a bem da Humanidade e não contra ela, é o que todos acreditamos ou assim queremos que seja. É nisso que os engenheiros do MIT (Massachusetts Institute of Technology) trabalham e afincam a sua colaboração no desenvolvimento de novas tecnologias para a melhoria, aperfeiçoamento e empoderamento da condição humana.

Daí que tenham projectado um cérebro num chip, de dimensões mínimas, feito de dezenas de milhares de artificiais sinapses cerebrais conhecidas como «Memristores» ou «Memory Resistors» (Resistores com Memória) - componentes à base de silicone que mimetizam ou imitam as sinapses de transmissão de informações no Cérebro Humano.

De acordo com o que vem primorosamente reportado na Science Daily de 8 de Junho de 2020 e derivado da publicação desta mesma data na revista científica «Nature Nanotechnology», os engenheiros do MIT conseguiram demonstrar um novo e promissor projecto de um Memristor para dispositivos neuromórficos - dispositivos electrónicos baseados num novo tipo de círculo que processa informações de uma forma que imita a arquitectura neural do cérebro.

Os Investigadores do MIT admitem entretanto que, tais circuitos inspirados no cérebro humano,  poderão ser construídos no futuro em dispositivos pequenos e portáteis que poderão inclusive executar tarefas computacionais complexas que apenas os Supercomputadores Actuais podem suportar; ou seja, a funcionalidade até aqui só remetida a estes supercomputadores.

Baseados nos Princípios da Metalurgia, os investigadores pretenderam assim fabricar cada memristor a partir de ligas de Prata e Cobre juntamente com o Silício. Quando nesse projecto eles executaram o Chip nas várias tarefas visuais, este foi capaz de «lembrar» as imagens armazenadas e reproduzi-las várias vezes. E isto, em versões mais nítidas, limpas ou exactas em comparação com os designs existentes de Memristores feitos com elementos não-ligados.

Jeehwan Kim, professor associado de Engenharia Mecânica do MIT esclarece-nos:

"Até agora, as redes sinápticas artificiais existiam como Software. Estamos a tentar construir Hardware de Rede Neural Real para sistemas portáteis de inteligência artificial. Imagine conectar um dispositivo neuromórfico a uma câmara no seu carro, e fazer com que ele reconheça luzes e objectos e tome uma decisão imediatamente, sem precisar de se conectar à Internet. Esperamos poder usar os Memristores com eficiência energética para executar essas tarefas no local, e em tempo real."


Memristores ou Transistores de Memória: o mais essencial elemento na computação neuromórfica, segundo a explicação científica. Todavia, serão todos eles confiáveis no propósito a que estão agora sujeitos...? É o que saberemos já de seguida por pormenorizada descrição do professor Jeehwan Kim.

Iões Errantes
De acordo com a definição científica, um Memristor é um componente electrónico passivo de dois terminais que mantêm uma função não-linear entre corrente e tensão. Essa função, conhecida no meio científico como «Memresistance», é similar a uma função de resistência variável. Como atrás se referiu, os Memristores ou Transistores de Memória são assim o elemento essencial na computação neuromórfica.

Num Dispositivo Neuromórfico, um memristor serviria então com transistor num circuito, embora o seu funcionamento se parecesse mais com uma Sinapse Cerebral - a junção entre dois neurónios. A Sinapse recebe assim os sinais de um neurónio, na forma de Iões, enviando depois um sinal correspondente para o próximo neurónio.

(Em registo: Íon ou Ião/Íons ou Iões é uma espécie química electricamente carregada que resulta de um átomo ou molécula que perdeu ou ganhou electrões/elétrons)

Como se sabe, um Transistor num Circuito Convencional transmite informações alternando entre um dos dois únicos valores: 0 e 1, fazendo-o apenas quando o sinal que recebe, na forma de corrente eléctrica, possui uma força particular.

Por outro lado, dizem-nos os investigadores «Um Memristor funcionaria (e eventualmente funcionará de futuro) ao longo de um gradiente tal como uma sinapse no cérebro. O sinal que produz varia consoante - ou de acordo - com a força do sinal que recebe. Tudo isto permitiria que um único memristor tivesse muitos valores e, portanto, executasse uma gama muito mais ampla que os transistores binários».

Tal como uma Sinapse Cerebral, um memristor também será eventualmente capaz de «lembrar» o valor associado a uma determinada força de corrente e produzir exactamente o mesmo sinal na próxima vez em que receber uma corrente semelhante. Isto pode fazer garantir que a resposta a uma equação complexa ou, a classificação visual de um objecto, seja de facto confiável - um feito que normalmente envolve vários transistores e capacitores.

Por fim, os cientistas prevêem que os Memristores possam exigir muito menos espaço em Chip do que os transistores convencionais, possibilitando assim em futuro próximo a existência de poderosos dispositivos portáteis de computação que não dependerão mais dos tais Supercomputadores que actualmente esgrimem essa funcionalidade - ou mesmo nas conexões com a Internet.

Os Designs existentes de Memristores, no entanto, são limitados no seu desempenho. Quem o afirma são os engenheiros envolvidos nesta experiência que nos dizem que «Um único memristor é composto de um eléctrodo positivo e outro negativo, separado por um "meio de comutação" ou espaço entre os eléctrodos. Quando uma tensão é aplicada a um eléctrodo, os Iões desse eléctrodo fluem através do meio, formando então um "canal de condução" para o outro eléctrodo».

Segundo a rigorosa explicação científica «Os Iões recebidos compõem assim o sinal eléctrico que o memristor transmite através do circuito. O tamanho do canal de iões (e o sinal que o memristor finalmente produz) deve ser proporcional à força da tensão estimulante.

O Professor Kim alega assim que os Projectos Existentes de Memristores funcionam muito bem nos casos em que a tensão estimula um grande canal de condução ou, um intenso fluxo de Iões, de um eléctrodo para outro. Todavia, esses projectos tornam-se menos viáveis ou confiáveis aquando os memristores precisam gerar sinais mais subtis, por meio de canais de condução mais finos.

Exemplifica então: "Quanto mais fino o canal de condução, e menor o fluxo de Iões de um eléctrodo para outro, mais difícil é para os iões individuais permanecerem juntos. Em vez disso, eles têm a tendência para se afastarem do grupo, dispersando-se no meio. Como resultado, é difícil para o eléctrodo-receptor capturar com segurança o mesmo número de Iões e, portanto, transmitir o mesmo sinal quando estimulado com uma certa e baixa faixa de corrente".


Implantes Neurais: o que também o MIT tem desenvolvido em implantes que se ajustam ao cérebro em material adequado à impressão 3D convencional (de um estudo divulgado em Abril de 2020) na produção de peças maleáveis com o objectivo e possibilidade de futuras aplicações no cérebro humano. Segundo os cientistas, os eléctrodos, tão flexíveis quanto a borracha,  podem efectivamente ajudar no tratamento em pacientes com Epilepsia e doença de Parkinson.

Os Avanços, os Progressos
Desde há muito que os investigadores do MIT, em Boston (EUA) se têm debruçado sobre esta matéria. Não é novidade os progressos alcançados. Os engenheiros deste Instituto Tecnológico Norte-Americano há muito que vêm a público reportar o desenvolvimento de implantes neurais, desta vez macios e flexíveis, ajustáveis aos contornos do cérebro.

De acordo com os autores deste estudo, foi possível monitorizar a actividade cerebral por períodos mais longos sem agravar o tecido circundante, pelo que estes novos dispositivos vieram assim de certa forma revolucionar certos procedimentos até aqui muito mais invasivos (causando por vezes inflamações e acúmulo de tecido cicatricial), surgindo estes como alternativas mais delicadas aos eléctrodos existentes.

Esta investigação liderada por Xuanhe Zhao, professor de engenharia mecânica, civil e ambiental do MIT, arrogou de que a equipe de pesquisa desenvolveu então uma maneira de imprimir sondas neurais em 3D e outros dispositivos electrónicos tão flexíveis quanto a borracha, feitos de um determinado tipo de polímero - ou plástico macio - que é um condutor eléctrico.

Todas estas inovações terapêuticas surgem no intuito de haver futuramente uma maior monitorização da actividade cerebral sem riscos acrescidos para os pacientes como é lógico (através de rigorosas imagens de alta resolução), mas também como auxílio na adaptação de certas terapias e implantes cerebrais de longo prazo no ser humano (uma vez que as experiências foram ensaiadas em ratinhos) sobre uma variedade de distúrbios neurológicos.

Temos assim o eléctrodo criado pelo MIT que, muito mais sensível ao sinais neuronais, trará mais conforto, segurança e fiabilidade a quem destes necessite, mostrando a crescente evolução neste domínio. A impressão 3D é actualmente a nossa oitava ou nona maravilha do mundo, sem esquecermos entretanto que existem outras de não somenos importância que, surpreendentemente, vamos colher ou recolher à Metalurgia...

Préstimos/Empréstimos da Técnica da Metalurgia
Voltando de novo ao professor Jeehwan Kim e ao estudo divulgado na «Nature Nanotechnology», ele e a sua equipe advogam agora terem encontrado uma maneira de contornar a limitação anteriormente referida (da dificuldade dos iões individuais permanecerem juntos), na qual vão recuperar os préstimos e empréstimos havidos de uma técnica recolhida da... Metalurgia.

Assim sendo, o professor Kim exulta:
"Tradicionalmente, os metalúrgicos tentam adicionar átomos diferentes numa matriz a granel para fortalecer os materiais, e pensamos: Por que não ajustar as Interacções Atómicas no nosso Memristor e, adicionar, algum elemento de liga para controlar o movimento dos Iões no nosso meio?!"

De acordo com o que nos explica o professor «Os Engenheiros normalmente usam a Prata como material para o eléctrodo positivo de um Memristor», pelo que a sua equipe se determinou a examinar exaustivamente a literatura existente a fim de encontrar um elemento que eles pudessem combinar com a Prata para que, dessa forma, se pudessem manter efectivamente os Iões de Prata juntos, permitindo assim que eles fluissem rapidamente através do outro eléctrodo.

A equipe de Kim concretizou no Cobre a sua experiência como o elemento de liga ideal, pois possui tanto a capacidade de se ligar à Prata quanto ao Silício.  "Ele actua como uma espécie de ponte e estabelece a interface Prata-Silício." (Refere o professor Kim)

Para criar estes Memristores usando assim a sua nova liga, o grupo teve primeiro de fabricar um eléctrodo negativo a partir do Silício; e, em seguida, produziu um eléctrodo positivo depositando uma pequena quantidade de Cobre, seguida de uma camada de Prata.

Os investigadores colocaram assim os dois eléctrodos em volta ou em redor de um meio de Silício amorfo. Dessa maneira, eles modularam um «Chip de Silício» de apenas um milímetro quadrado com dezenas de milhares de memristores.

Como primeiro teste do Chip, os engenheiros recriaram então uma imagem em escala de cinza do escudo do famoso Capitão América. Eles igualaram assim cada pixel da imagem a um memristor correspondente no chip. Nesta sequência, modularam por sua vez a condutância de cada memristor que tinha força relativa à cor no pixel correspondente.

O Chip produziu então a mesma imagem  nítida do escudo, tendo sido capaz de «lembrar» essa imagem e mesmo de reproduzi-la muitas vezes, em comparação com chips constituídos por outros materiais.

A equipe do professor Kim também executou o chip numa tarefa de processamento de imagem - programando os memristores para alterar uma imagem - neste caso, de Killian Court do MIT de várias e específicas maneiras, incluíndo a nitidez e o desfoque da imagem original. Novamente, o seu design produziu as imagens reprogramadas com um maior índice de confiabilidade do que os desenhos existentes dos memristores.

"Estamos a utilizar as Sinapses Artificiais para fazer testes de inferência real. Gostaríamos de desenvolver ainda mais esta tecnologia para ter matrizes de maior escala para assim executar tarefas de reconhecmento de imagem. E, algum dia (ou num dia destes), você poderá transportar cérebros artificiais para executar esse tipo de tarefa, sem se conectar a Super-computadores, à Internet ou à Nuvem." (O triunfal esclarecimento do professor Jeehwan Kim)

Resumo: Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelos fundos do MIT Research  Support Committee, pelo MIT-IBM Watson AI Lab, pelo Samsung Global  Research Laboratory e pela National Science Foundation.

Referência da Nature Nanotechnology, 2020: «Canais condutores de ligação para computação neuromórfica confiável». Os seus autores são: Hanwool Yeon; Peng Lin; Chanyeol Choi; Scott H. Tan; Yongmo Park; Doyoon Lee; Jaeyong Lee; Feng Xu; Bin Gao; Huaqiang Wu; He Qian; Yfan Nie; Seyoung Kim e Jeehwan Kim.

Sem mais assunto, tal como uma simples mas doce carta de despedida, aqui fica a minha solicitada gratidão para com todos aqueles que fazem da Ciência a mais ilustre magnificência de toda uma vida nas suas vidas.

Poderemos ascender a mais, a muito mais (acredito piamente), do que através destes ainda assim bem-vindos «chips pensantes» que nos facilitarão a vida em determinadas circunstâncias. Serão positivos mas não totalmente, se sugestionados ou mesmo embrenhados de uma certa identidade vigente, quase personalizada e decisória, destes inteligentes chips nos virem a ser superiores um dia.

E até a comandar os nossos espinhosos destinos ou a terminação dos mesmos, tal como receou em tempos o notável Stephen Hawking num passado que não esquecemos ou, um visionário e igualmente brilhante Elon Musk num futuro que não repudiamos ou enegrecemos, e pelo qual ele proferiu certa vez em idêntica frivolidade ou, numa sua maior consciência e alguma excentricidade, de se não deixar ultrapassar (ou mesmo matar!) pela IA em regência no futuro da Terra.

Sejamos optimistas e confiantes então, pois negar-se este futuro é negar tudo o que a Humanidade poderá alcançar. O ser humano transformar-se-à numa «Máquina do Futuro»?...

Ninguém o saberá responder com toda a certeza; no entanto, se o Homem idealizar tal e a obra nascer, restar-nos-à apenas acreditar que será para o bem e não para o mal se Deus quiser... se Ele existir e essa obra florescer... se Ele nos ouvir e essa bênção colher... em muitos outros «ses» que entretanto haveremos de tentar saber ou supostamente compreender!