Tekoälyä MEMS-piireihin

Yksittäinen piipalkki (punainen) sekä sen ohjailun (keltainen) ja luennan (vihreät ja siniset) elektrodit, toteuttavat MEMS-piirin, joka kykenee käsittelemään erilaisia laskelmia.

Koska tekoälystä on tullut yhä kehittyneempää, se on innostanut uusiin ponnistuksiin kehittää tietokoneita, joiden fyysinen arkkitehtuuri jäljittelee ihmisen aivoja.

Yksi lähestymistapa, jota kutsutaan säiliötietotekniikaksi (reservoir computing), mahdollistaa piiriteknisten laitteiden saavuttaa kehittymässä olevan tekoälyn edellyttämän korkeamman asteisen laskennan. Yksi uusi laite korostaa erittäin pienten mekaanisten järjestelmien mahdollisuuksia näiden laskelmien saavuttamiseksi.

Tutkijoiden ryhmä Kanadan Quebecin Université de Sherbrookesta kertoo mikroelektromekaanisen järjestelmän (MEMS) avulla rakennetun ensimmäisen säiliötietokoneen rakentamisesta.

Tutkijoiden koostama neuroverkko hyödyntää mikrosirun piipalkin epälineaarista dynamiikkaa laskelmien suorittamiseen. Ryhmän töiden tarkoituksena on luoda laitteita, jotka voivat toimia samanaikaisesti anturina ja tietokoneena käyttäen murto-osaa tavanomaisen tietokoneen energian tarpeesta.

"Tällaisia laskelmia tehdään yleensä vain ohjelmistossa ja tietokoneet voivat olla tehottomia", sanoo tutkija Guillaume Dion. "Monet nykyantureista on rakennettu MEMS:n oheen, joten kehittämämme tyyppiset laitteet ovat ihanteellinen tekniikka ja voivat hämärtää antureiden ja tietokoneiden välistä rajaa."

Laite perustuu epälineaariseen dynamiikkaan siten miten ohut piipalkki värähtelee tilassa. Tämän värähtelyn tuloksia käytetään rakentamaan virtuaalinen neuroverkko, joka syöttää sisääntulosignaalin korkeampaan ulottuvuuteen, jota tarvitaan neuroverkkolaskennassa.

Demotilanteissa järjestelmä kykeni vaihtamaan keskenään erilaisten vertailutehtävien kesken suhteellisen helposti, Dion toteaa, mukaan lukien luokiteltaessa puheääniä ja käsittelemällä binäärikuviota vastaavasti tarkkuuksilla 78,2 prosenttia ja 99,9 prosenttia.

"Tämä pieni piipalkki voi tehdä hyvin erilaisia tehtäviä", sanoo toinen kirjoittaja Julien Sylvestre. "Se on yllättävän helppo säätää toimimaan sanojen tunnistamisessa."

Sylvestre kertoo, että hän ja kollegansa haluavat tutkia yhä monimutkaisempia laskutoimituksia piipalkkilaitteella, toiveinaan kehittää pieniä ja energiatehokkaita antureita ja robottiohjaimia.