Categories: Actueel

Op brein geïnspireerd netwerk herkent patronen met AI

De onderzoekers publiceren erover in Nature.

Ons brein is ongelofelijk goed in het, in één oogopslag, herkennen van bijvoorbeeld beelden of patronen. Artifical Intelligence (AI) doet dat soms al net zo goed of beter, maar verbruikt hiervoor wel veel meer energie dan het brein, dat het met 20 Watt doet. De halfgeleiderindustrie laat zich daarom ook steeds vaker inspireren door het brein, bijvoorbeeld door neuronen na te bootsen in elektronica of in software. Maar voor het nabootsen van één enkel neuron – ons brein heeft daarvan tientallen miljarden – zijn dan wel honderden of duizenden transistoren nodig.

Tegenover dat grote oppervlak staat natuurlijk de voortschrijdende miniaturisatie, maar ook die loopt tegen fysische grenzen aan. Het ‘disordered dopant network’, dat nu wordt gepresenteerd, is een heel andere benadering, die ook nog eens tegen de intuïtie ingaat. Het maakt geen gebruikt van vooraf ontworpen neuronen, maar gebruikt materiaaleigenschappen om tot een oplossing te komen. Deze ‘evolutie’ is energiezuinig en kan ook op een heel klein oppervlak.

‘Doping’, in het Nederlands ‘doteren’, is hier het sleutelwoord. Dit is het opzettelijk aanbrengen van onzuiverheden in de kristalstructuur van silicium, om een goedwerkende transistor te maken. Hiervoor wordt vaak het materiaal boor gebruikt. De hoeveelheid boor moet groot genoeg zijn om de transistor goed te laten werken. Bij kleinere hoeveelheden gaan verschijnselen optreden die een chip-ontwerper het liefst vermijdt.

Hoppen

En van uitgerekend díe verschijnselen maakt het nieuwe netwerk gebruik. Het aantal boor-atomen is zo klein dat elektronen van het ene booratoom naar het andere ‘hoppen’. Dit heeft overeenkomsten met de manier waarop, in ons brein, neuronen met elkaar verbinding zoeken om een taak uit te voeren.
In het Twents-Eindhovense experiment wordt het netwerk ‘gevoed’ met 16 patronen. Zonder dat je vooraf weet wat het netwerk gaat doen, levert het voor elk van de 16 een signaal. Met deze 16 basispatronen kun je vervolgens bijvoorbeeld een collectie handgeschreven karakters herkennen met grote nauwkeurigheid. De eerste versie van het netwerk is 300 nanometer in doorsnee en bevat ongeveer 100 booratomen. Het verbruik is ongeveer een microWatt (een miljoenste Watt). Het is de eerste bouwsteen van een groter netwerk, voorzien de onderzoekers.

Waarneming en herkenning

‘Brein-geïnspireerd’ betekent ook dat het systeem niet, zoals de klassiek opgebouwde computer, voortdurend data heen en weer transporteert tussen processor en geheugen. Ook ons brein kent dit onderscheid niet. Het netwerk is daardoor inzetbaar in krachtige lokale toepassingen. Een autonoom rijdende auto, bijvoorbeeld, moet heel veel beslissingen nemen op basis van waarneming en herkenning. Daarvoor moet de auto een heel krachtige computer aan boord hebben of breedbandig kunnen communiceren met een computersysteem op afstand. Het nieuwe netwerk kan helpen om de herkenning ‘lokaal’ te houden en niet in de ‘cloud’. De autoindustrie heeft daarom al belangstelling getoond voor de nieuwe benadering.

Het onderzoek is uitgevoerd in het Center for Brain-Inspired Nano Systems (BRAINS) van de Universiteit Twente, een multidisciplinair centrum dat in 2019 is geopend. De groepen NanoElectronics (MESA+ Instituut) en Programmable Nanosystems (Digital Society Institute) van de UT hebben ook samengewerkt met het Center for Computational Energy Research van de TU Eindhoven. Het is mogelijk gemaakt dankzij financiering door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

Redactie Engineersonline

Recent Posts

Helen Kardan van ASML naar TNO

Helen Kardan is TNO's nieuwe Director Science & Technology voor de High Tech Industry unit.…

5 minuten ago

Control Techniques en KB Electronics nu Nidec Drives

Control Techniques en KB Electronics vormen sinds 1 mei 2024 Nidec Drives. Control Techniques en…

2 uur ago

Hitma Groep neemt KS Perslucht over

Hitma Groep heeft KS Perslucht overgenomen. Het in Haarlem gevestigde bedrijf sluit met zijn productassortiment en…

2 uur ago

Is hout de beste optie voor een windturbineblad?

De Duitse fabrikant van houten windturbinebladen Voodin Blade Technology heeft 's werelds eerste prototype-installatie aangekondigd…

3 uur ago

FME: ‘Europees investeren in technologisch leiderschap is goed voor Nederland’

FME en Orgalim (de Europese koepel van de technologische industrie) pleiten voor het centraal stellen…

3 uur ago

Altair heeft Research in Flight overgenomen voor aerodynamische analyses

Altair heeft Research in Flight overgenomen, de ontwikkelaar van FlightStream. Dat is software voor computationele…

3 uur ago