Redescobrindo Computadores Analógicos (V.7, N.6, P.4, 2024)

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Tempo de leitura: 3 minutos
#acessibilidade: A imagem é uma fotografia de parte do Mecanismo de Anticítera, algo como uma engrenagem, bastante deteriorada pelo tempo, exposto em um suporte.

Texto escrito pelo colaborador Willian de Pádua Oliveria Silva

Computadores analógicos operam com um paradigma completamente diferente dos computadores digitais. Embora tenham sido amplamente utilizados no passado e hoje em dia estejam quase totalmente substituídos pelos digitais, o princípio básico do seu funcionamento segue oferecendo vantagens em certos tipos de computação.

Para começar, é importante esclarecer um erro comum na distinção entre analógico e digital – um equívoco que aparece até mesmo em algumas enciclopédias. Esse erro está na definição que caracteriza como digital tudo o que lida com valores discretos (geralmente binários) e como analógico aquilo que trabalha com valores contínuos.

Computadores digitais possuem uma arquitetura fixa, sendo a mais comum a de von Neumann. Esses computadores são capazes de executar sequências de instruções (ou algoritmos) que são lidas da memória, onde as instruções são armazenadas como uma sequência de dígitos. Esse tipo de computador é mais versátil, pois pode realizar diversas tarefas diferentes apenas mudando o algoritmo. Por outro lado, computadores analógicos são específicos em sua operação. Eles funcionam com base em analogias. Para resolver um problema específico, o programador de um computador analógico precisa criar um dispositivo capaz de emular o sistema investigado.

O primeiro computador analógico registrado é a Máquina de Anticítera, ou Mecanismo de Anticítera, construído no primeiro século a.C. Esse computador analógico era utilizado para cálculos astronômicos, como a previsão das posições de alguns planetas. Para realizar esses cálculos, o dispositivo utilizava um elaborado sistema de engrenagens para funcionar como um análogo ao movimento dos planetas.

No contexto da eletrônica, um dos primeiros circuitos dedicados a resolver equações diferenciais foi desenvolvido por Helmut Hoelzer, um estudante da Universidade de Darmstadt, na Alemanha, em 1935. Ele percebeu que poderia utilizar circuitos para executar essas operações matemáticas de maneira relativamente simples. As ideias de Hoelzer foram inicialmente ignoradas por um longo período, até que o desenvolvimento do foguete V-2 destacou a importância de sistemas de controle avançados.

A grande sacada de Hoelzer foi perceber como poderia utilizar um capacitor para realizar a operação de integração. A diferença de potencial nos terminais de um capacitor segue a seguinte equação:

image2 1 - Redescobrindo Computadores Analógicos (V.7, N.6, P.4, 2024)

Se uma corrente específica (nosso sinal) for induzida, através de algum circuito, no capacitor, poderemos medir a integral desse sinal apenas medindo a diferença de potencial nos terminais do capacitor. Posteriormente, foram desenvolvidos os amplificadores operacionais, que se tornaram fundamentais na computação analógica eletrônica.

Um computador construído com poucos componentes eletrônicos e sem processadores consome muito menos energia do que um computador digital tentando resolver a mesma equação numericamente. Além disso, os computadores analógicos podem ser utilizados no estudo de equações não lineares, como o problema dos 3 corpos e outros sistemas caóticos, sendo este o campo onde encontram maior aplicação. No entanto, foi também nesse contexto que revelaram sua maior fraqueza.

Computadores analógicos sofrem bastante influência do ambiente, pois operam com grandezas físicas reais. Essa característica faz com que erros se propaguem nas respostas calculadas, especialmente em equações não lineares, onde esses erros podem se propagar de maneira exponencial e comprometer a análise.

Porém, recentemente, startups como a Mythic AI vêm utilizando a eficiência da computação analógica para desenvolver microchips especializados em cálculos usados em redes neurais. Se um algoritmo de reconhecimento de imagens pode reconhecer um objeto com 85% de certeza em vez de 95%, mas rodando mais rápido e consumindo apenas uma fração da energia, não é uma troca ruim. Este é um dos motivos que têm despertado interesse renovado nos computadores analógicos.

Fontes:

Fonte da imagem destacada: https://www.worldhistory.org/Antikythera_Mechanism/

ULMANN, Bernd. Analog Computing. 2nd Extended ed. Berlim: Walter de Gruyter, 2022. 460 p. ISBN 978-3110787610.

SHEEHAN, C. J. An Analog Computer Simulation of the Restricted Three-Body Problem by Automatic Scale-Changing Techniques. IEEE Transactions on Electronic Computers, v. EC-13, n. 1, p. 41-50, fev. 1964. DOI: 10.1109/PGEC.1964.263834.

Para saber mais:

Future Computers Will Be Radically Different (Analog Computing)

 

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