Pesquisadores da Northwestern University relatam ter impresso "neurônios artificiais" flexíveis que geram padrões realistas de impulsos elétricos e podem desencadear respostas em tecido cerebral de camundongo vivo. A equipe afirma que o trabalho, publicado em 15 de abril na Nature Nanotechnology, pode ajudar a avançar interfaces cérebro-máquina e a computação inspirada no cérebro, que é mais eficiente em termos energéticos.
Engenheiros liderados por Mark C. Hersam, da Northwestern University, relataram a criação de neurônios artificiais flexíveis utilizando a impressão por jato de aerossol em substratos de polímero com tintas eletrônicas feitas de flocos em nanoescala de dissulfeto de molibdênio (MoS₂) e grafeno.
Segundo os pesquisadores, eles aproveitaram uma característica do material que outros normalmente removem: em vez de eliminar o polímero estabilizador após a impressão, eles o decompuseram parcialmente. Hersam explicou que, sob corrente elétrica, o polímero se decompõe ainda mais de maneira espacialmente desigual, formando um filamento condutor que restringe a corrente a uma região estreita e produz uma resposta elétrica súbita, semelhante à de um neurônio.
A equipe relatou que os dispositivos impressos podem gerar uma gama de padrões de sinalização — disparos únicos, disparo contínuo e disparos em rajadas — destinados a se assemelhar à forma como os neurônios biológicos se comunicam. Hersam contrastou a organização "heterogênea, dinâmica e tridimensional" do cérebro com a computação convencional construída a partir de "bilhões de dispositivos idênticos" em chips de silício rígidos.
Para testar a compatibilidade biológica, os pesquisadores colaboraram com a neurobióloga Indira M. Raman. O grupo de Raman aplicou os sinais de voltagem dos neurônios artificiais em fatias de cerebelo de camundongo, e a equipe relatou que os impulsos artificiais corresponderam a características biológicas fundamentais, incluindo tempo e duração, e dispararam de forma confiável a atividade em neurônios vivos.
Os pesquisadores afirmaram que a abordagem pode dar suporte a futuras neuropróteses e interfaces cérebro-máquina, e também pode informar a computação inspirada no cérebro, visando reduzir o consumo de energia. Hersam disse que o cérebro é "cinco ordens de magnitude" mais eficiente energeticamente do que um computador digital, e argumentou que as necessidades de energia e resfriamento da computação de IA em larga escala estão levando as empresas a data centers na escala de gigawatts, com as demandas associadas de calor e água.
A equipe também destacou as vantagens de fabricação relacionadas ao método de impressão: como a impressão por jato de aerossol é um processo aditivo que deposita material apenas onde é necessário, eles afirmaram que isso pode reduzir o desperdício e permitir uma fabricação de baixo custo. O estudo foi apoiado pela National Science Foundation, disseram os pesquisadores.
