Um grupo internacional de cientistas, com participação do professor Victor Lopez-Richard, da Universidade Federal de São Carlos, desenvolveu um dispositivo capaz de executar, em um único componente, funções que os chips convencionais realizam separadamente.

O resultado foi publicado na revista Nature Communications e representa um avanço no campo da computação neuromórfica — arquitetura que replica, em circuitos eletrônicos, o modo como neurônios e sinapses processam e armazenam informações no cérebro.

Um chip, múltiplas funções

O dispositivo é fabricado a partir da interface entre dois compostos minerais — óxido de lantânio e alumínio (LaAlO₃) e titanato de estrôncio (SrTiO₃). Nessa junção, forma-se uma camada extremamente fina de elétrons que age como canal condutor e pode ser controlada por sinais elétricos.

O componente opera, ao mesmo tempo, como transistor, memristor e memcapacitor. Enquanto o transistor regula a passagem de corrente, o memristor e o memcapacitor guardam um histórico dos sinais recebidos — característica que imita o comportamento das sinapses biológicas. “Basta conectar ou desconectar alguma porta que a função muda”, afirma Lopez-Richard.

Essa capacidade de alterar a própria função de acordo com a configuração elétrica foi batizada pelos pesquisadores de polimorfismo eletrônico. Diferentemente dos transistores digitais comuns, que operam apenas nos estados ligado ou desligado, o novo dispositivo funciona de forma analógica, admitindo múltiplos estados intermediários.

Eficiência energética e limitações

Os testes demonstraram que o componente realiza três tipos de tarefas associadas ao funcionamento cerebral: reconhecimento de padrões visuais simples (como dígitos de 0 a 9 em imagens de baixa resolução); reforço de respostas após estímulos repetidos, processo análogo ao aprendizado; e execução de operações lógicas diretamente no dispositivo, sem recorrer a memória externa.

O consumo energético medido foi abaixo do registrado em arquiteturas convencionais equivalentes.

Os autores, porém, são cautelosos quanto às perspectivas de aplicação: “O que estamos apresentando agora são provas de conceito, na linha da pesquisa básica. Para chegar a um objeto comercial, teremos de superar vários desafios, como escalabilidade, integração com tecnologias existentes e controle da variabilidade entre dispositivos”, ponderou Lopez-Richard.

Parceria com raízes na Fapesp

A pesquisa é fruto de uma colaboração que a UFSCar mantém com a Universidade de Würzburg, na Alemanha, iniciada entre 2013 e 2015, com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O estudo atual também contou com apoio da fundação, por meio de um projeto regular e de auxílio para reunião no exterior.

Em paralelo, o grupo publicou um segundo artigo, na Applied Physics Letters, selecionado como destaque pelos editores da revista. Nele, os pesquisadores aprofundaram a análise das propriedades de memória capacitiva do sistema, concluindo que o mecanismo responsável está no acúmulo de cargas nas portas laterais do dispositivo — e não na migração de vacâncias de oxigênio, como se supõe em outros componentes similares.