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Como um processador é capaz de identificar cheiros sem um nariz

O futuro da computação neuromórfica: Nabil Imam, Cientista de Pesquisas Sênior da Intel, fala sobre computação neuromórfica

Intel Nabil Imam

Nabil Imam da Intel Labs segura um processador neuromórfico Loihi para testes em seu laboratório de neuromorfologia em Santa Clara, na Califórnia. Juntamente com sua equipe da Universidade Cornell, o cientista está estruturando algoritmos matemáticos em processadores que imitam o que acontece com a rede neural do cérebro quando sentimos o cheiro de algo. (Crédito: Walden Kirsch/Intel Corporation)

Nosso especialista: Nabil Imam, cientista de pesquisas sênior do grupo de neuromorfologia computacional da Intel Labs trabalha com neurofisiologia olfativa na Universidade Cornell, nos EUA. “Meus amigos da Universidade Cornell estudam o sistema olfativo de animais e mede a atividade elétrica do cérebro quando identifica algum odor,” explica Imam, que possui doutorado em computação neuromórfica. “Com base nesses diagramas de circuitos e impulsos elétricos, derivamos uma série de algoritmos e os configuramos diretamente em silício neuromórfico, mais especificamente no nosso processador Loihi para testes.” Loihi é o processador neuromórfico da Intel que usa princípios de computação encontrados em cérebros biológicos na arquitetura computacional.

O que a imprensa diz: Hoje, a Nature Machine Intelligence publicou uma matéria sobre o trabalho dos pesquisadores da Intel e da Universidade Cornell sobre algoritmos matemáticos. Com o apoio de pesquisadores, o Loihi aprendeu rapidamente as representações neurais de dez odores diferentes.

Primeiro, como sentir cheiros: Se pegarmos uma toranja, por exemplo, e sentirmos seu cheiro, as moléculas da fruta irão estimular as células olfativas do nosso nariz (a palavra olfativa vem de olfactare, em latim, que significa “cheirar”). As células no nosso nariz imediatamente enviam sinais ao sistema olfativo localizado no cérebro e um impulso elétrico em um grupo interconectado de neurônios gera a sensação do cheiro. Independentemente de cheirarmos uma toranja, uma rosa ou um gás nocivo, as redes neurais do cérebro criam sensações específicas ligadas a cada objeto. De forma semelhante, os sentidos da visão e audição, memórias, emoções e tomada de decisão têm com redes neurais separadas que funcionam de formas específicas.

O Loihi aprende a identificar odores distintos em misturas complexas: Imam e sua equipe coletaram um conjunto de dados que consiste na atividade de 72 sensores químicos em resposta a 10 substâncias gasosas (odores) que circularam dentro de um túnel de vento. As respostas dos sensores a cada um desses cheiros foram transmitidas ao Loihi, e os circuitos de silício imitaram o circuito do cérebro subjacente ao sentido do olfato. O processador registrou rapidamente as representações neurais de cada um dos dez odores, incluindo acetona, amônia e metano, e foi capaz de identificá-los mesmo na presença de fortes interferentes de fundo. Os detectores de fumaça e de monóxido de carbono usados em residências, por exemplo, usam sensores para detectar odores, mas eles não conseguem separar um odor do outro. O alarme é acionado quando os sistemas detectam moléculas nocivas no ar, mas não conseguem categorizá-las de forma inteligente.

Usos futuros: Imam afirma que há anos a comunidade envolvida com sensores químicos procura por sistemas de processamento quimiossensorial baratos, confiáveis ​​e rápidos, os chamados “narizes eletrônicos”. Ele enxerga muito potencial em robôs equipados com cérebros Loihi para o monitoramento ambiental e detecção de materiais nocivos, ou para tarefas de controle de qualidade em fábricas. Também podem ser usados para realização de diagnósticos médicos, no caso de doenças que emitem odores específicos. O profissional destaca que cachorros são capazes de sentir o cheiro de certos tipos de câncer em humanos. Talvez possamos substituir cachorros por dispositivos mais precisos. Outro exemplo seria o uso de robôs equipados com processadores Loihi na identificação da presença de substâncias nocivas nos controles de segurança dos aeroportos.

Dando mais sentidos ao futuro: “Meu próximo passo,” diz Imam, “é adaptar essa abordagem para uma gama maior de problemas — da análise de uma cena sensorial (compreensão das relações entre os objetos observados) a problemas abstratos, como planejamento e tomada de decisão. Compreender a maneira como os circuitos neurais do cérebro resolvem esses problemas computacionais complexos fornecerá pistas importantes para o desenvolvimento de uma inteligência de máquina eficiente e robusta.”

Desafios a serem superados: Segundo Imam, o olfato envolve alguns desafios. Quando entramos em um supermercado, por exemplo, conseguimos sentir o cheiro de morangos, mas esse cheiro pode ser semelhante ao de mirtilos ou bananas, induzindo padrões semelhantes de atividade neural no cérebro. Às vezes, os humanos têm mais dificuldade para identificar uma única fruta em uma mistura de aromas. Os sistemas podem se atrapalhar na presença do cheiro de uma caixa de morangos da Itália e outra da Califórnia, já que os aromas podem ser diferentes, mas precisam ser agrupados em uma única categoria. “Estamos analisando os desafios ligados ao reconhecimento de sinais olfativos e esperamos encontrar uma solução nos próximos dois anos para que então possamos lançar um produto capaz de resolver problemas no mundo real e não apenas no laboratório” explica Imam. Ele argumenta que seu trabalho é um “exemplo importante de pesquisa contemporânea que ocorre no limiar entre a neurociência e a inteligência artificial”.

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