Mogelijkheden Internet of Things nemen met nieuw “ digitaal brein” toe

Memory resistors zijn net als ons brein voor ons cruciaal voor de ontwikkeling van het Internet of Things. Er is nu een nieuw type ontwikkeld dat makkelijk printbaar is en data langer dan 10 jaar kan opslaan zonder gebruik van energie en op lage voltage (5 volt) werkt.

Voor een verdere ontwikkeling van IoT is het belangrijk dat we chips en onderdelen hebben die de explosie aan data aankan. In 2020 zuller er al 50 miljard industriële internetsensoren in gebruik zijn. Een voorwerp als een smart watch, een schoonmaakrobot of autonome auto’s produceren vele gigabytes aan data per dag. En wat te denken van een airbus die meer dan 10.000 sensoren heeft in een enkele vleugel.

Twee obstakels

Om deze behoefte aan dataopslag te voorspoedigen moeten twee obstakels aangepakt worden. Allereerst moeten de huidige transistors in computerchips verkleind worden tot een paar nanometer. Probleem is echter dat ze dan niet meer werken. Ten tweede kost het analyseren en opslaan van grote hoeveelheden data ontzettend veel energie. Sayani Majumdar van Aalto University in Helsinki is samen met haar collega’s bezig met het ontwikkelen van technologie om beide problemen op te lossen.

Hardware op nanoschaal

De oplossing is wat Majumdar en haar collega’s een neuromorfische computer noemen, geïnspireerd op het menselijke brein. Het is een onderzoeksveld waar grote ICT bedrijven en de EU flink in investeren. Tot nu toe is het echter nog niemand gelukt om architectuele hardware op nanoschaal te ontwikkelen die gebruikt kan worden.

Complexe taken uitvoeren

In een recent artikel in Advanced Functional Materials, laat het onderzoeksteam zien hoe zij deze technologie hebben ontwikkeld. Enkele ferro-elektrische films op nanoschaal zijn tussen twee elektroden geplaatst. Dit biedt mogelijkheden buiten de bestaande technologie en is goed te gebruiken voor energie-efficiënte en stabiele neuromorfische computers. Door miljoenen van deze zogeheten memristors op een vierkante centimeter te plaatsen, zijn ze in staat complexe taken uit te voeren zoals beeld- en patroonherkenning en het autonoom nemen van beslissingen.

Informatie onthouden

Wat deze ferro-electrische dunne filmonderdelen ideaal maakt voor neuromorfische computers is dat ze niet alleen kunnen switchen tussen het binaire systeem 0 en 1, maar ook een groot aantal andere systemen. Hierdoor kan informatie “onthouden” worden en voor langere tijd opgelagen worden met minmaal gebruik van energie. Deze informatie kan vervolgens ook weer opgehaald worden.