Sićušno računalo upravlja robotom poput mozga

Manje, lakše i energetski učinkovitije računalo, demonstrirano na Sveučilištu u Michiganu, moglo bi pomoći u uštedi težine i snage za autonomne dronove i rovere, s implikacijama na autonomna vozila šire.

Prema studiji objavljenoj u Science Advances, autonomni kontroler radi sa samo 12,5 mikrovata energije, što je u prosjeku energija koju koristi pacemaker.

U testiranju, robot na kotačima koji je koristio kontroler bio je u mogućnosti slijediti metu koja se kretala niz hodnik istom brzinom i preciznošću kao s konvencionalnim digitalnim kontrolerom. U drugom pokusu, s polugom koja se automatski premjestila, novi je kontroler prošao jednako dobro.

"Ovaj rad predstavlja revolucionarni nanoelektronički uređaj dizajniran da revolucionira hardverske platforme koje mogu učinkovito računati s arhitekturama neuronskih mreža", rekao je Xiaogan Liang, profesor strojarstva na UM-u i odgovarajući autor studije.

Visoka učinkovitost i minijaturizacija posebno su važni za aplikacije poput bespilotnih letjelica i svemirskih rovera, u kojima su težina i energija na prvom mjestu. Međutim, konvencionalna autonomna vozila također bi mogla imati koristi od ove tehnologije. Prema istraživanjima, milijarda sati autonomne vožnje vozila godišnje mogla bi potrošiti više energije nego današnji podatkovni centri zajedno diljem svijeta.

Analogno računalstvo, gotovo napušteno zbog manje potrošnje energije i veće preciznosti digitalnog, može se činiti malo vjerojatnim rješenjem, ali relativno novi element sklopa mijenja igru.

Memristor, predložen 1971. i prvi put demonstriran 2008., pohranjuje informacije u svojoj otpornosti na električnu struju. Kada je izložen naponu, smanjuje količinu otpora koju će nametnuti sljedećem signalu. Neki memristori mogu zaboraviti prethodne signale tijekom vremena i vratiti se na svoj izvorni otpor, ponašanje koje je slično opuštanju u neuronima.

Tim istraživača je napravio svoje memristorske krugove u Lurie Nanofabrication Facility pogonu na UM-u, trljajući krak sa zlatnim vrhom, otprilike 30 mikrona (0,03 milimetra) u promjeru, preko silikonskog čipa, što je, kako kažu, "kao da trljate balon o kosu tako da se poslije zalijepi za zid uz pomoć statičkog elektriciteta".

Električni naboji su zatim vodili ispareni bizmutov selenid da se akumulira duž osam isprepletenih linija debljine oko 15 nanometara (0,000015 milimetara), raspoređenih slično kao na ploči za igru križić-kružić, a potom su inženjeri stavili elektrode od titana i zlata na krajeve svake linije.

Ubrizgali su signale kroz jednu elektrodu i očitali ih na pet elektroda na drugoj strani čipa, a svaka predstavlja analogiju neurona. U studiji su podaci kamere iz robota na kotačima morali biti pretvoreni u analogne signale u silikonskom procesoru prije prolaska kroz memristorsku mrežu. Silicijski procesor zatim je pretvorio izlaz u kontrolne upute koje su omogućile robotu da prati crvenu pravokutnu ploču niz sveučilišni hodnik. 

"Uređaji poput našeg mogli bi robotima omogućiti intuitivno ponašanje poput ljudskih bića, na način da dodirnete vrlo vruću vodu i povučete ruku unazad. Kontrolni odgovor će biti manje točan, ali može biti vrlo brz", rekao je Mingze Chen, diplomirani inženjer strojarstva.