EO

Darwin op een gouden chip

22 september 2015 om 10:52 uur - Enschede

Onderzoekers van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie en het CTIT Instituut voor ICT-onderzoek van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd om op een radicaal nieuwe wijze elektronische schakelingen te realiseren. Ze maken hierbij gebruik van evolutionaire processen die sterk lijken op Darwinistische evolutie. De schakelingen zijn net zo klein als hun conventionele tegenhangers, maar lijken veel meer op natuurlijke netwerken zoals ons brein. De Twentse resultaten zijn veelbelovend voor een nieuwe generatie krachtige, maar tegelijkertijd energiezuinige elektronica en zijn gepubliceerd in het gezaghebbende Britse tijdschrift Nature Nanotechnology.


De ontwikkeling van de digitale computer behoort tot een van de grootste successen van de 20e eeuw. In de afgelopen decennia is de computer steeds krachtiger geworden door steeds meer en steeds kleinere componenten te integreren in chips. Het wordt echter steeds moeilijker en duurder om elektronica nog kleiner te maken. Transistoren bestaan nog maar uit een handjevol atomen en het is een geweldige uitdaging om de miljoenen transistoren in een chip hetzelfde gedrag te geven en dus de chip goed te laten werken. Daarbij neemt het energieverbruik onacceptabele vormen aan. Het is dus duidelijk dat we niet op dezelfde weg kunnen doorgaan.

 

Het is interessant om te kijken of we in dit opzicht wat kunnen leren van de natuur. Natuurlijke evolutie heeft namelijk geleid tot krachtige ‘rekenmachines', zoals ons brein, die complexe problemen kunnen oplossen op een energiezuinige manier. De natuur maakt hierbij gebruik van complexe netwerken die vele taken tegelijkertijd kunnen uitvoeren.

 

Ontwerploos

De aanpak van de Twentse onderzoekers lijkt veel meer op de oplossing die de natuur ‘bedacht' heeft. Ze hebben een netwerk van ongeveer 200 gouden nanodeeltjes gebruikt voor het uitvoeren van essentiële rekenkundige taken. In tegenstelling tot conventionele elektronica, ligt er geen ontwerp ten grondslag aan hun systeem. Kostbare ontwerpfouten kunnen dus niet gemaakt worden. De rekenkundige kracht van het netwerk wordt verkegen door kunstmatige evolutie. Deze duurt niet miljoenen jaren, maar slechts tientallen minuten. Door elektrische signalen aan te bieden, kan één en hetzelfde netwerk in 16 verschillende logische schakelingen geconfigueerd worden. Defecten die fataal zouden zijn in conventionele elektronica spelen geen rol, omdat de evolutionaire aanpak deze omzeilt of er zelfs gebruik van maakt.

 

Krachtig en energiezuinig

Het is de eerste keer dat wetenschappers erin geslaagd zijn op deze manier robuuste elektronica te realiseren met afmetingen die kunnen concurreren met commerciële technologie. De gerealiseerde schakelingen hebben volgens prof. dr.ir. Wilfred van der Wiel momenteel nog een beperkte rekenkracht. "Maar we hebben met dit onderzoek wel het proof of principle geleverd: aangetoond dat onze aanpak in de praktijk werkt. Door het systeem op te schalen, krijgt het straks echt toegevoegde waarde. Denk bijvoorbeeld aan de inzet bij het herkennen van patronen, zoals bij gezichtsherkenning. Dit is voor een reguliere computer zeer moeilijk, terwijl mensen en mogelijk ook onze schakelingen dit veel beter kunnen." 

 

Een ander belangrijk voordeel kan zijn dat dit soort schakelingen veel minder energie gebruikt, zowel bij de productie, als tijdens het gebruik. De onderzoekers voorzien een breed scala aan toepassingen, bijvoorbeeld in draagbare elektronica en in de medische wereld.

 

Hoe?

De chip bestaat uit niet veel meer dan de verzameling nanobolletjes en een aantal elektroden. Maar de gouden bolletjes hebben bijzondere eigenschappen, zo legt Wilfred van der Wiel uit in een artikel in de Volkskrant. Als er spanningspulsje op twee van de elektroden worden gezet, blijken er aan de andere kant van de chip soms wel en soms geen pulsjes door te komen. Door te combineren met spanningen kan in de chip elke gewenste logische schakeling worden geconfigureerd.

Hoe de stroompaden in de bolletjes precies lopen is onbekend. "Het is daarbinnen een blackbox; er ligt immers geen ontwerp aan ten grondslag", zegt Van der Wiel. "We weten alleen wat erin gaat en meten wat er uit komt. Meer is niet nodig".

 

S.K. Bose*, C.P. Lawrence*, Z. Liu, K.S. Makarenko, R.M.J. van Damme, H.J. Broersma en W.G. van der Wiel, Evolution of a Designless Nanoparticle Network into Reconfigurable Boolean Logic, Nature Nanotechnology  doi: 10.1038/NNANO.2015.207. *These authors contributed equally to this work.

 

 

Gerelateerd nieuws

Samenwonen met een robot: 30% ziet het wel gebeuren

Samenwonen met een robot: 30% ziet het wel gebeuren

De meeste Nederlanders zijn nog terughoudend in het slimmer maken van hun huis. Ze zien het nut er niet van in, vinden het te duur of maken zich zorgen om de privacy. Tegelijk verwacht een grote groep Nederlanders dat…

Wereldwijde uitstoot CO2 neemt weer toe

Wereldwijde uitstoot CO2 neemt weer toe

2017 en 2018 gaan de boeken in als jaren waarin de CO2-uitstoot toenam na een aantal jaren waarin er geen verandering was in de uitstoot. Die toename is er ondanks het klimaatverdrag van Parijs en de toename in…

Nieuwe Europese innovatiegemeenschappen voor Manufacturing en Urban Mobility

Nieuwe Europese innovatiegemeenschappen voor Manufacturing en Urban Mobility

Het Europees Instituut voor Innovatie en Technologie (EIT) heeft de winnende teams bekendgemaakt die de volgende innovatiegemeenschappen zullen oprichten: EIT Manufacturing en EIT Urban Mobility. De pan-Europese…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
PROTECT PSC1: programmeerbaar, modulair, multifunctioneel en kostenbesparend

De PROTECT PSC1-veiligheidsbesturing is compact, heeft een modulaire structuur en kan uiterst flexibel worden ingezet....

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

10 januari 2019, BNR Nieuwsradio

BNR Techniektour

Radioprogramma BNR Techniektour maakt duidelijk welke impact techniek heeft op onze samenleving en...

11 januari 2019, Breda

4-daagse masterclass Process Safety voor Engineers

Optimaliseer uw procesveiligheids-management systeem met als resultaat minder ongevallen en stijgende...

Meer agendapunten »