IBM LANÇA CHIP BIOLÓGICO PARA DIAGNOSTICAR DOENÇAS

Nanopilares separam as biopartículas por tamanho (esquerda). À direita, protótipo do microlaboratório. [Imagem: IBM Research]

Chips microfluídicos

A IBM apresentou uma novidade no campo dos biochips que promete detectar doenças como o câncer antes que os sintomas apareçam. O pequeno aparelho de diagnóstico está pronto para começar a ser testado, o que será feito com pacientes com suspeita de câncer de próstata. Biochips são microlaboratórios do tamanho dos chips de computador, feitos com a mesma tecnologia e usando os mesmos materiais - cristais de silício. A diferença é que, em vez de fios para condução de eletricidade, como nos microprocessadores, os biochips usam uma tecnologia chamada microfluídica, usada para guiar quantidades minúsculas de fluidos através de canais até transistores especiais que funcionam como sensores, capazes de detectar a presença de moléculas específicas - como as moléculas, ou biomarcadores, indicadoras de alguma doença.

DNA, vírus e exossomas

O biochip consegue separar e ordenar por tamanho partículas biológicas de até 20 nanômetros de diâmetro, uma dimensão que inclui moléculas de DNA, vírus e exossomas - grupos de proteínas envolvidos no processamento do RNA. Até agora, os biochips conseguiam lidar com precisão apenas com partículas cerca de 50 vezes maiores. Os exossomas, por exemplo, presentes em biópsias líquidas, variam de 20 a 140 nanômetros de diâmetro e contêm informações sobre a saúde da célula de onde foram liberados. A determinação do seu tamanho, das proteínas em sua superfície e da carga de ácido nucleico que eles transportam traz informações essenciais sobre a presença e o estado de desenvolvimento do câncer e outras doenças. Uma vez separadas, as partículas podem ser detectadas e analisadas com maior precisão. Alvejando células e moléculas indicadoras de determinadas doenças, o biochip torna-se um microlaboratório capaz de fazer exames com uma precisão inédita.

Deslocamento lateral determinístico

Em vez dos canais tradicionalmente usados nos biochips, Benjamin Wunsch e Joshua Smith desenvolveram um labirinto formado por nanopilares dispostos assimetricamente, cobrindo a superfície de um chip de 2 centímetros quadrados. As partículas são separadas por tamanho conforme fluem em meio líquido pelo labirinto e se chocam com os pilares, assumindo trajetórias que as levam pelos caminhos condizentes com suas dimensões - a equipe chama isto de "deslocamento lateral determinístico".

O biochip separa partículas com dimensões que só podem ser vistas por microscópios eletrônicos.[Imagem: IBM Research] É mais ou menos como uma rodovia que possua um túnel por onde só podem passar os carros, enquanto os caminhões são direcionados para um desvio: as partículas maiores são desviadas conforme se chocam com os pilares, enquanto as menores fluem pelos espaçamentos entre os pilares, o que permite separar o "tráfego" pelo tamanho, sem interromper o fluxo do líquido. O processo é tão eficiente que consegue dividir uma mistura de partículas de vários tamanhos diferentes em uma série de fluxos, de forma muito parecida com um prisma dividindo a luz branca nas diferentes cores. Essa natureza de fluxo contínuo elimina o processamento em lotes, ou bateladas, típicos das técnicas de separação convencionais, facilitando a operação e aumentando a rapidez do exame. Bibliografia: Nanoscale Lateral Displacement Arrays for Separation of Exosomes and Colloids Down to 20nm. Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky, Yann Astier. Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038/NNANO.2016.134. fonte: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=ibm-lanca-chip-biologico-diagnosticar-doencas&id=010165160803

IBM CRIA NEURÔNIOS ARTIFICIAIS PARA AVANÇAR COMPUTAÇÃO COGNITIVA

Cientistas da IBM criaram neurônios e sinapses artificiais usando memórias de mudança de fase (PCM, na sigla em inglês) que imita a capacidade cognitiva de aprendizado de nosso cérebro. É a primeira vez que pesquisadores conseguiram criar o que eles chamam de “neurônios spiking” usando matérias que mudam de fase para armazenar e processar dados. A descoberta é um marco no desenvolvimento de energia e redes neurais densas que poderia ser usada para aplicações de computação cognitiva. Em resumo, a tecnologia poderia ser usada para melhorar os processadores de hoje a fim de realizar computações em aplicações como detecção de correlação de dados para Internet das Coisas (IoT), no mercado de ações e mensagens de mídias sociais a uma taxa incrivelmente rápida. A pesquisa da IBM “Stochastic Phase-Change Neurons” é resultado de um esforço de dez anos e apareceu nessa semana na capa do jornal Nature Nanotechnology. No entanto, Evangelos Eleftheriou da IBM diz que ainda levarão vários anos antes do mercado ver um chip PCM. Mas a recente descoberta é um avanço crucial em seu desenvolvimento.

A aleatoriedade do PCM imita neurônios

Inspirada na forma como o cérebro humano funciona, cientistas teorizaram por décadas que poderia ser possível imitar as capacidades computacionais versáteis de grandes populações de neurônios. Entretanto, fazer o mesmo em densidades e microvoltagem comparável aos sistemas biológicos tem sido um desafio significativo, até agora. A chave para a tecnologia é a variação aleatória dos neurônios artificiais ou comportamento randômico ou estocástico. Em estática, uma variável aleatória pode ser usada para determinar possíveis resultados em análises de dados. Em outras palavras, consegue determinar a probabilidade das correlações de dados. “Basicamente, opera como o cérebro opera, com pulsos curtos de voltagem vindos através de sinapses que excitam neurônios”, explicou Tomas Tuma, autor líder do artigo e cientista da IBM Research em Zurique. “Nós usamos um pulso curto de, digamos, um nanossegundo para induzir a mudança no material”. O comportamento randômico do PCM, diz Tuma, é fundamental na computação de base populacional onde cada neurônio responde diferentemente e permite novas formas de representar sinais e computação. “Normalmente, pessoas tentam esconder o estocástico, ou se você quiser uma aleatoriedade de boa qualidade você tem que induzi-la artificialmente. Aqui, nós mostramos que temos um bom padrão estocástico nativo por que entendemos os processos de cristalização e amorfização nas células de mudança de fase”, diz Tuma. Os neurônios artificiais de mudança de fase que estão sendo criados hoje têm apenas 90 nanômetros (nm) de tamanho, mas pesquisadores disseram que eles têm o potencial para reduzir o processo para 14nm de tamanho (um nanômetro é um bilionésimo de um metro). Pesquisadores da IBM organizaram centenas de neurônios artificiais em populações e os usaram para representar sinais rápidos e complexos. Os neurônios artificiais também mostraram sustentar bilhões de ciclos de comutação, que corresponderiam a vários anos de operação, com uma frequência de atualização de 100Hz. A energia exigida para cada atualização de neurônio era menos do que cinco picojoule e a potência média inferior a 120 microwatts. Em comparação, leva-se 60 milhões de microwatts para alimentar uma lâmpada de 60 watts.

Processadores neurológicos poderiam descarregar cargas de trabalho intensivas de dados

Neurônios artificiais poderiam ser usados para criar processadores neurológicos que poderiam residir lado a lado e complementar processadores padrões, descarregando intensivas cargas de dados, segundo Tuma. Companhias como a IBM, Micron, Samsung e Everspin têm experimentado PCM como um tipo de memória não-volátil por que oferece até 100 vezes a performance e resistência a flash NAND. Uma vez que é muito caro para fabricá-la, a tecnologia ainda precisa ver uma absorção mais significativa no mercado. A PCM também não sofre com problemas de dados corrompidos associados ao flash NAND que armazena vários bits por célula. No entanto, as pesquisas mais recentes não estão associadas com a criação de uma nova memória não-volátil. Em vez disso, a PCM está sendo usada para criar um novo tipo de processador. "Estamos pesquisando materiais de mudança de fase para aplicações de memória por mais de uma década, e nosso progresso nos últimos 24 meses tem sido notável", ressaltou Evangelos Eleftheriou, da IBM. “Nesse período, temos descoberto e publicado novas técnicas de memória, incluindo memória projetada, armazenando, pela primeira vez, 3 bits por célula na memória de mudança de fase, e agora estamos demonstrando as capacidades poderosas de mudança de fase à base de neurônios artificiais”. Os neurônios artificiais consistem em materiais de mudança de fase, incluindo o germânio, antimônio e telluride. Os materiais que são a base dos discos Blue-ray de hoje. No entanto, os neurônios artificiais não armazenam informação digital; eles são analógicos, assim como as sinapses e neurônios em nosso cérebro. Na demonstração publicada, a equipe aplicou uma série de impulsos elétricos aos neurônios artificiais, o que resultou na cristalização progressiva do material de mudança de fase, em última análise, fazendo com que o neurônio disparasse. Na neurociência, esta função é conhecida como a propriedade integra-e-dispara dos neurônios biológicos. Esta é a fundação para a computação baseada em eventos e, em princípio, é semelhante à forma como o nosso cérebro desencadeia uma resposta quando tocamos algo quente. Explorar esta propriedade, mesmo um único neurônio pode ser usado para detectar padrões e descobrir correlações em fluxos em tempo real de dados baseados em eventos, disseram os pesquisadores. A capacidade de analisar grandes volumes de dados em uma fração de segundo. Por exemplo, com a Internet das Coisas, sensores conseguem coletar e analisar volumes de dados meteorológicos para previsões mais rápidas. Os neurônios artificiais podem também detectar padrões em transações financeiras para encontrar discrepâncias ou usar dados de mídia social para descobrir novas tendências culturais em tempo real. Grandes populações desses neurônios de alta velocidade e baixa energia poderiam ser usados também em coprocessadores neuromórficos com unidades de memória e processamento colocalizados. FONTE: idgnow.com.br/ti-corporativa/2016/08/04/ibm-cria-neuronios-artificiais-para-avancar-computacao-cognitiva/

IBM PRODUZ O 1° CHIP DE 7 NANÔMETROS DO MUNDO E SAI NA FRENTE

A IBM afirma ter produzido o primeiro chip de 7 nanômetros (Nm) do mundo, chegando bem na frente dos seus rivais, graças a avanços na sua tecnologia de chips. Os fabricantes de chips agora estão produzindo processadores de 14 Nm, e o próximo grande projeto da Intel e outras empresas tem sido o chip de 10 Nm. A IBM, em seu anúncio de hoje, 9/7, abriu o caminho de desenvolvimento para a indústria. Um chip de 7 Nm terá cerca de quatro vezes mais transistores na mesma área de um chip de 14nm, afirmou o diretor de pesquisas da Envisioneering, Richard Doherty. Para criar seus chips de teste de 7 Nm com transistores funcionais, a IBM realizou “mudanças fundamentais” nos materiais usados para criar o chip, além de ter adotado novas técnicas de litografia, afirma o VP de tecnologia de semicondutores da IBM, Mukesh Khare. Uma questão chave é se a IBM conseguirá levar sua tecnologia para a produção comercial, afirma o analista da Endpoint Technologies, Roger Kay. Para a IBM, o que vem a seguir é a “parte difícil” por causa do custo e da complexidade do equipamento necessário para a produção em massa, afirma. FONTE: idgnow.com.br/ti-pessoal/2015/07/09/ibm-produz-o-1o-chip-de-7nm-do-mundo-e-sai-na-frente-de-rivais/

IBM DIZ ESTAR CRIANDO MEMÓRIA QUE É 275 VEZES MAIS RÁPIDA QUE O SSD

A IBM e a Universidade de Patras, na Grécia, estão trabalhando lado a lado em uma tecnologia que, no futuro, pode acabar com os chips SSD que todos conhecemos hoje e garantir que possamos acessar os dados 275 vezes mais rápido que os padrões atuais. Trata-se do Projeto Theseus, que tenta combinar o sistema NAND convencional com memórias DRAM de mudança de fase em um único controlador. O objetivo final é a construção de um componente de uso muito mais eficiente que os encontrados hoje, tanto em termos energéticos quanto na velocidade de armazenamento e acesso. A mágica, que na verdade tem mais a ver com ciência do que com feitiçaria, está relacionada com a forma como a nova tecnologia trabalha ao lado dos vidros de calcogeneto que são usados para guardar informações. Aquecendo-os rapidamente, eles podem mudar de estado entre suas formas cristalina e amorfa. A primeira é lida como o 1 binário e possui baixa resistência, enquanto a segunda representa o 0 e tem estrutura bastante forte. O processo é capaz de realizar alterações extremamente rápidas entre esses dois estados e, ainda, armazenar informações em uma situação intermediária entre eles. O resultado dessa mudança rápida de formato é a latência extremamente baixa e alta durabilidade, que pode chegar a milhões de ciclos contra os cerca de 30 mil encontrados hoje nas memórias SSD convencionais. Além disso, sobre o fator que pode acabar sendo o decisivo para tornar a adoção da tecnologia como padrão, os chips baseados em mudança de fase são muito mais baratos e podem ser produzidos de maneira mais rápida. Para a IBM, a economia de recursos pode chegar à casa dos bilhões de dólares tanto na fabricação dos chips em si quanto na economia de escala devido à facilidade e rapidez maior na manufatura. Nesse caso, o foco é, também, um setor que se beneficiaria bastante com as reduções nos custos: o de servidores e grandes sistemas de armazenamento, que necessitam de respostas rápidas às procuras por dados e uma latência que nunca é baixa o suficiente. Longe da aplicação prática Trata-se ainda de um protótipo, mas mesmo nesse estado os resultados exibidos já são bastante impressionantes. Conforme o que foi exibido em gráficos divulgados pela IBM e publicados pelo site Extreme Tech, a solução de mudança de fase (chamada de PSS) é capaz de completar solicitações em até 500 microssegundos, enquanto outras infraestruturas usadas atualmente têm um tempo médio de resposta na casa dos 2.000 microssegundos. O principal problema da IBM no momento, porém, não se encontra no desenvolvimento da tecnologia em si, e sim, em fatores de mercado. A empresa está utilizando em seus testes memórias de 90 nm produzidas pela Micron, uma companhia que já anunciou o fim de sua produção de PCMs e a saída completa desse mercado. Ainda assim, a empresa permanece confiante de que esse é o caminho a seguir e, enquanto provavelmente busca um novo fornecedor, continua trabalhando nos aspectos físicos e técnicos de uma tecnologia que ainda não tem nenhuma previsão para chegar ao mercado. De uma coisa a IBM tem certeza: não há muita evolução que possa ser realizada nos SSDs atuais e a mudança de fase, bem provavelmente, é a nova geração em termos de memória. FONTE: http://corporate.canaltech.com.br/noticia/memoria/IBM-diz-estar-criando-memoria-que-e-275-vezes-mais-rapida-que-o-SSD/#ixzz31XQ6Po7K

ESTE CHIP MINÚSCULO PROMETE INTERNET 400 VEZES MAIS RÁPIDA QUE GOOGLE FIBER

O Google Fiber oferece conexões de um gigabit: é um carro de Fórmula 1 em comparação ao calhambeque que é sua internet em casa. Mas uma nova tecnologia da IBM permite criar conexões além de rápidas – mantendo a comparação, é como pilotar um caça. Pesquisadores da IBM na Suíça criaram um protótipo de conversor analógico-digital (ADC) que melhora a transferência de dados entre a nuvem e data centers via canais de fibra óptica. O ADC permite conexões de até 400 gigabits por segundo, quatro vezes mais rápidas que na tecnologia atual. Na verdade, isso é 400 vezes mais rápido que o Google Fiber, e cerca de 170.000 vezes mais rápido que a conexão média no Brasil. Você poderia baixar um filme em 4K UltraHD com duas horas de duração em apenas segundos. No entanto, o chip ADC foi criado para fins mais nobres que fazer downloads gigantescos. Ele será usado no Square Kilometer Array, o futuro maior telescópio do mundo, que nos ajudará a explorar o espaço a centenas de milhões de anos-luz – e assim dar uma ideia melhor de como era o universo na época do Big Bang. Este radiotelescópio enorme será um devorador de dados: espera-se que ele colete mais de um exabyte por dia quando for concluído em 2024. Ou seja, mais de 1 bilhão de gigabytes. Acredite ou não, 400 Gb/s não é a conexão mais rápida que o mundo já viu. Para isso você terá que ir ao Reino Unido, onde pesquisadores recentemente desenvolveram uma internet de 1,4 Tb/s usando hardware disponível comercialmente. Mais velocidade nunca é demais. FONTE:IBM