Imec toont nieuwste technologie

Lerende chip, neuro-interface en oogtracker

Inleiding: onderzoek bij Imec

Het Belgische onderzoeksinstituut Imec heeft drie nieuwe hardwareconcepten getoond, die door verschillende onderzoeksgroepen binnen het instituut zijn ontwikkeld. Het Imec is een onderzoekscentrum voor nanotechnologie dat met grote chipfabrikanten is opgezet en wordt gesubsidieerd door de Vlaamse overheid. Het instituut heeft vestigingen in onder meer Nederland en Taiwan, en werkt met onder andere ASML, Intel, Samsung en TSMC samen. Behalve aan onderzoek naar kleinere halfgeleidertechnologie wordt bij Imec gewerkt aan gezondheidsvraagstukken, kunstmatige intelligentie, iot, sensors en beveiliging.

Jaarlijks organiseert Imec een symposium waarop de belangrijkste technologische ontwikkelingen worden getoond. Tijdens dit Imec Technology Forum laat Imec dit jaar weer volop techniek zien voor smart cities, en nieuwe manieren om chips nog zuiniger en kleiner te maken. Imec trapte echter af met drie innovaties op het gebied van kunstmatige intelligentie, virtual reality en interfaces voor protheses. We zetten deze drie technologieën kort op een rij.

Een neuromorfische chip

De meeste computers werken volgens het Von Neumann-principe, waarbij een cpu input verwerkt en het resultaat van bewerkingen als output aflevert. Voor kunstmatige intelligentie wordt echter gekeken naar alternatieve computatie, waarbij de succesvolste methode tot dusver bestaat uit neurale netwerken. Probleem daarbij is dat neurale netten nog steeds op klassieke Von Neumann-architectuur zijn gebaseerd, zij het met heel veel parallelle subunits. Dat kost nog altijd veel energie en is wellicht niet de geschiktste methode voor het toevoegen van ai in sensors en andere toepassingen.

Volgens Imec is een chip die werkt zoals neuronen een veel effectievere oplossing. Hersenen hebben immers een enorme rekenkracht, maar zijn zeer zuinig en zijn tevreden met het equivalent van enkele tientallen watts. Daarom ontwikkelde Imec een neuromorfische chip, die werkt op een manier die lijkt op die van neuronen. Waar neuronen onderling sterkere verbindingen vormen bij herhaalde ervaringen, zo moet de neuromorfische chip de weerstand tussen elektrodes in geheugencellen variëren. De chips moeten net als een neuraal net getraind worden met een dataset, maar anders dan een neuraal net kunnen de neuromorfische chips blijven leren terwijl ze data verwerken.

De chips maken daarbij gebruik van een geheugentechniek die Oxram genoemd wordt. Dat zijn geheugencellen die sterkere of minder sterke geleiding kunnen hebben. Tijdens de trainingsfase wordt een geleidend laagje tussen twee elektrodes gevormd en naarmate een input vaker voorkomt, wordt die geleidende laag dikker. Op die manier kunnen de chips patronen leren en zo voorspellen wat nieuwe data doet. In de praktijk wordt het pad met de minste weerstand gekozen, dus met de dikste geleidende laag, die door herhaling van patronen is gevormd. Anders dan neurale netwerken kunnen de geleidende verbindingen dikker of dunner worden als nieuwe data wordt gepresenteerd, zodat bijgeleerd kan worden.

Zo werd in een simpele demonstratie een zaagtand van muzieknoten aangeboden die na drie cycli succesvol werd voorspeld. Complexere data, zoals korte muziekstukjes of menuetten, werden als leermateriaal aangeboden, waarna de chips zelf vergelijkbare muziek konden componeren.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Details over de architectuur geeft Imec op dit moment nog niet, vooralsnog is het een technologiedemonstratie. Als de patenten rond zijn, wat over enkele maanden het geval moet zijn, kan meer informatie worden vrijgegeven. Imec hoopt de chips spoedig klein en zuinig genoeg te maken om ze in de toekomst in onder meer sensors te verwerken, zodat die sensors biometrische data kunnen verwerken en apparaten gepersonaliseerd kunnen worden. Ook biomedische sensors zouden zo kunnen reageren op kleine afwijkingen in hartritmes.

Ogen volgen en protheses besturen

Een van de methodes om augmented en virtual reality interactiever te maken, en om relevante beeldregio's scherp te stellen, is het gebruik van eye-tracking, ofwel het volgen van oogbewegingen. Traditioneel wordt dat met camera's gedaan die op de ogen zijn gericht en die kunnen vaststellen op welk punt de pupillen gericht zijn. Dergelijke camera's zijn echter prijzig en niet altijd even klein. Die twee factoren bemoeilijken de integratie in vr-headsets, waar eye-tracking juist goed ingezet zou kunnen worden als aanwijsinstrument.

Imec heeft op basis van zijn zogeheten droge-elektrode-eeg-techniek, waarbij hersengolven kunnen worden uitgelezen met elektrodes die op het hoofd worden geplaatst, een eye-trackingtechniek ontwikkeld. Net als bij de eeg-hoofdband is geen geleidende gel nodig tussen huid en elektrodes, maar anders dan hersengolven meten de elektrodes van de eye-tracker de spanning van de spieren die verantwoordelijk zijn voor oogbewegingen. Omdat je toch al een vr-headset op hebt, zou het geen grote ergernis zijn als vier elektrodes per oog op de huid drukken.

De elektrodes zijn in hun huidige vorm nog niet zo accuraat als camera's, maar wel kleiner en goedkoper. In toekomstige incarnaties moet zowel hard- als software beter worden en de eye-trackingcapaciteiten van camera's evenaren.

Neurale interface voor protheses

Ten slotte toonde Imec een elektrode waarmee protheses kunnen worden aangestuurd. Die zijn er natuurlijk al lang, maar deze elektrode - of complete interface, want een deel van de signaalverwerking vindt in de elektrode plaats - heeft een hogere resolutie en maakt bovendien tweerichtingsverkeer mogelijk. Het idee is dat een elektrode om protheses aan te sturen wordt aangesloten op een zenuwbundel die normaal gesproken bijvoorbeeld een hand bestuurt. Wanneer de hand moet worden vervangen door een bionisch exemplaar, versturen die zenuwbundels nog steeds signalen om de hand aan te sturen en die signalen worden door een elektrode opgepikt.

Imec heeft elektrodes ontwikkeld die niet om de bundels heen gewikkeld worden, maar erin geprikt worden en zo nauwkeuriger signalen kunnen oppikken. Met die techniek had Imec al ervaring opgedaan met hersenelektrodes, maar de 35 micrometer dikke elektrodes voor protheses werken twee kanten op. Voor het ontvangen van signalen zijn 64 elektrodes beschikbaar, met een mogelijkheid dit uit te breiden naar 128 stuks, en voor feedback zijn 16 elektrodes beschikbaar. Van de leeselektrodes worden overigens niet alle exemplaren daadwerkelijk gebruikt, want dat zou te dikke kabels vergen. In plaats daarvan worden de 16 best presterende elektrodes gekozen. De feedbackelektrodes vervangen patches op de borst van de patiënt, die nu feedback van de prothese via trillingen doorgeven.

Het hoge aantal elektrodes moet de nauwkeurigheid van de bewegingen drastisch vergroten, zodat fijne bewegingen mogelijk zijn. Dankzij de feedback zou de gebruiker of patiënt kunnen voelen wat de hand voelt. Daarmee zou een prothese niet alleen nauwkeurig bediend kunnen worden, maar ook gevoel teruggeven.

De elektrodes worden gemaakt van laagjes biocompatibel materiaal en zijn vooralsnog alleen in ratten getest. Afstotingsverschijnselen werden gedurende de twee maanden van de testperioden nauwelijks gezien, wat uiteraard een belangrijke voorwaarde voor klinisch gebruik is. Op het moment zijn de responstijden nog niet snel genoeg voor normaal gebruik, maar door geoptimaliseerde algoritmes moeten de elektrodes in de nabije toekomst responstijden van milliseconden realiseren.

Reacties (32)

[SSDtje]

Top ontwikkeling dit.
En dit is dan ook alleen maar toe te juichen.
Alleen vraag ik me na het lezen van het artikel wel af, wat momenteel het energieverbruik verbruik van deze chip is.
Maar zoals gezegd, goeie ontwikkeling dit

Voor de liefhebbers een een verslag hierover, (niet geheel Nederlands) :
Klik

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 23 juli 2024 01:46]

[snippiestgem]

Heel goed nieuws dit!

Voor de mensen die wat meer willen weten over BMI's (Brain Machine Interface) is dit een super interessant artikeltje die dieper ingaat op de werking van de hersens tot aan Neuralink en hoe wij uiteindelijk onze hersens aan elkaar, het internet en AI koppelen.

http://waitbutwhy.com/2017/04/neuralink.html

Sowieso een hele gave site die ook dieper in gaat op AI en andere dergelijke onderwerpen.

[Falcon]

Top stukje tekst, dat zelfs voor een leek tot de verbeelding spreekt en prima te volgen is!

Interessant stuk over de Neuroformische-chip

[RMvanDijk]

je bedoelt de Neuromorfische chip, Neuroformisch zou van mierenhersenen gemaakt zijn (wat ook interessant is natuurlijk ).

[QuantumHive]

In de toekomst aandelen beleggen op dit soort techniek dus:)

[Rataplan_]

Nee nu, nu staan ze nog laag...

[FlyOn]

welke bedrijven zou je dan in moeten investeren is mijn vraag

[QuantumHive]

Ja precies, dat is de vraag.

[Butsnik]

Neuralink, nu in eigendom van Elon Musk, zou een goed begin zijn. Wordt alleen niet publiek verhandeld volgens mij.

[Gramash]

Ik ben ook erg benieuwd naar de mogelijkheden binnen een PC voor zo'n neuromorfische chip.

Dan heb je op een gegeven moment 4 chips:
GPU
CPU
Kwantum chip
neuromorfische chip.

Kunnen prachtige dingen uit komen denk ik.

[Butsnik]

Die kwantum chip mag je wegstrepen. Die is meer weggelegd voor grootte data centra en niet voor persoonlijk gebruik. Het is natuurlijk de vraag hoe het in de toekomst zit, maar zo als het er nu uit ziet zijn er geen algoritmes waar je als consument echt iets gaan hebben. Laat staan dat je altijd het probleem houd dat je op lage temperatuur(hooguit een paar Kelvin, net iets boven het absolute nulpunt) moet zitten om ze überhaupt te laten werken. En die vereiste blijft er voorlopig ook nog wel.

[goarilla]

Als iemand die enkele maanden als patient in een revalidatiecentrum heeft vertoefd, juich ik dit alleen maar toe. Ik vraag me af of ze deze "Neural Interface" met een "Neuromorfische chip" zo kunnen combineren dat de prothese 'meegroeit' met de werklast, gevoeligheid, talentniveau, etc ... van de patient. Dat zou een heel leuke verbetering kunnen betekenen voor de patienten. Nu alleen nog de kost .

[Ladiesman777]

Skynet is coming

[memphis]

Ik dacht eerder aan "de lift"

[Verwijderd]

En nu maar hopen dat dit uit handen van de grote jongens blijft, net zo'n mooi Europees initiatief, zou zonde zijn...

[Jefrey Lijffijt]

Ik weet niet precies wat je bedoelt, maar Imec is geen bedrijf, het is een onderzoeksinstituut dat zwaar gefinancieerd wordt door de Vlaamse overheid. Ze verkopen/licensiëren natuurlijk IP aan het bedrijfsleven en er komen ook redelijk wat start-ups uit voort.

https://nl.wikipedia.org/wiki/IMEC

[Reactie gewijzigd door Jefrey Lijffijt op 23 juli 2024 01:46]

[Coolstart]

Klopt niet helemaal dat Imec 'geen' bedrijf is en 'zwaar' gefinancieerd wordt door de Vlaamse overheid. Het kan idd niet zomaar in handen vallen van een Grote speler omdat het een VZW is en die grote spelers hebben geen interesse in een ondernemingsvorm die geen winst mag uitkeren aan de aandeehouders. Maar voor is het wel degelijk een bedrijf met 3500 personeelsleden, raad van bestuur etc.

Imec krijgt steun maar vergis u niet: Ook normale Kmo's kijrgen steun van de overheden. Subsidies voor onderzoek worden vaak gesteund door één of ander innovatiefonds. Bij Imec is die subsidie groter dan bij een ander bedrijf (omdat ze hun winst terug investeren in innovatie) maar het leeuwendeel gebeurd door eigen middelen en gewone investeerders en partners.

De bouw van de gigantische Cleanroom van 1 Miljard euro is de Vlaamse overheid voor 10% tussengekomen. De overige 900miljoen euro kwam van partners, investeerders en eigen middelen.

Ook De Nederlandse overheid trekt er jaarlijk 10miljoen euro voor uit om de vestiging in eindhoven te spijzen. Het Roland Holst Polymer Institute doet uitsluitend onderzoek naar flexibele electronica (op plastic folie) aan de High Tech Campus.

Ondertussen is Imec een van de grootse en meest gespecialiseerde onderzoekscentra van Europa op het gebied van chiptechnologie, batterijen, flexibele elektronica, optics, sensoren en radars.

In 2007 in het onderzoek naar het 7nm procede van start gegaan en bedrijven zoals ARM hebben ondertussen al licenties en IP aangekocht. Maar ook Intel en Samsung zijn vaste klant.

[Jefrey Lijffijt]

Er zijn slechts vier onderzoekscentra die direct door de Vlaamse overheid gefinancieerd worden, Imec is er daar een van. Ik ben zelf onderdeel van Imec (aan de UGent).

http://www.ewi-vlaanderen...tegische-onderzoekscentra

Even googelen leert ons dat Imec 50 miljoen per jaar aan subsidie krijgt (in België), ongeveer 1/6e van het totale budget. Dat is geen druppel op de gloeiend plaat maar een heel significant deel. De reden dat ik die noemde is omdat de Vlaamse overheid zo'n som echt niet aan een privaat of beursgenoteerd bedrijf zou uitgeven en dat zou vermoedelijk ook niet toegestaan zijn (staatssteun is niet zomaar toegestaan onder de verdragen van zowel de WTO als de EU).

In Nederland noemen we een vereniging geen bedrijf, er zijn namelijk geen investeerders. Wellicht dat ik mij vergis in wat in Vlaanderen een bedrijf genoemd wordt. Het is in ieder geval niet beursgenoteerd en dus niet zomaar op te kopen.

[Verwijderd]

Dat bedoel ik inderdaad, Imec onderzoekt/ontwikkelt en vraagt patent aan. De kans is groot dat de licenties hiervoor alleen voor enkel grote multinationals met een passend budget bereikbaar worden. En dit zullen naar alle waarschijnlijkheid geen Europese bedrijven zijn, zijn die er überhaupt nog? Ik hoop dat je gelijk hebt en dat er ook startups mee aan de gang gaan maar verwacht dat alleen de grote CPU bouwers e.d. hiermee aan de gang gaan.

[skidos]

We staan aan de vooravond van een grote doorbraak. Ik volg fotonica reeds vele jaren door mijn belegging in Lightwave Logic. Zijn hebben een polymer die snel, goedkoop en op grote volumes kan geproduceerd worden. Michael Lebby, de CEO, sprak van mogelijkheden om MRI scanners te maken via je GSM. Eerst de datacenters aanpakken maar de applicaties voor fotonica zijn teveel om op te noemen. Boeiende tijden voor de mensheid!

[pagani]

Moet je wel een flinke spoel aan je telefoon hangen (met een enorme voeding en heliumkoeling), maar ik gok dat je doelt op de rekenkracht die voor de mri nodig is?

[skidos]

Goeie en leuke reacties hier. Ik bedoel met infrarood licht kan je makkelijk door de huid "heenkijken" . Met de huidige LCD technologie zou dit al moeten kunnen. Er is een vrouw van facebook, Mary Lou Jepsen die dit beweerd. Check YouTube