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Imec Technology Forum 2017

Magische Nanobytes -- Zukunft der Halbleiterforschung?

16. Mai 2017, 17:13 Uhr | Gerhard Stelzer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Selbstlernender neuromorpher Prozessor kann Komponieren

Auf dem Feld der künstlichen Intelligenz ist der erste selbstlernende, neuromorphe Chip von Imec angesiedelt. Dieser vom menschlichen Gehirn inspirierte Prozessor basiert auf der Speichertechnologie OxRAM und er kann Musik komponieren. Imec setzte sich zum Ziel, die Prozesstechnologie und Funktionsblöcke zur Implementierung künstlicher Intelligenz so zu entwickeln, dass sie mit minimaler Leistungsaufnahme auskommen und damit in verteilter Sensorik integrierbar sind. Durch Co-Optimierung von Hard- und Software bietet der Chip Machine Learning und Intelligenz-Charakteristika auf kleiner Fläche bei niedriger Leistungsaufnahme. Der Chip ist selbstlernend konzipiert, d.h. er assoziiert, was er erlebt hat und gegenwärtig erlebt. Je größer der Erfahrungsschatz, desto stärker werden die assoziierten Verbindungen. Nach diesem Prinzip komponiert der Chip neue Musik, die Regeln dafür wurden anhand von Beispielen erlernt, die er zunächst nachgebildet hat. Die Anwendungsgebiete sind vielfältig und umfassen u.a. Gesundheit, Energie oder Verkehrsmanagement. Beispielsweise lässt sich ein solcher neuromorpher Chip in medizinischer Überwachung einsetzen, indem er Herzschlaganomalien aufspürt und lernt, leichte Abweichungen im EKG-Signal zu erkennen.

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Chip-Implantat zur präzisen Steuerung von Armprothesen

In der Medizintechnik ist es Imec gelungen, die weltweit erste implantierbare Steuerung von Armprothesen mit hochpräziser Haptik in einem Chip basierend auf dünnstem Silizium zu realisieren. Das System erlaubt Patienten eine intuitive Steuerung ihrer Armprothesen. Der Chip setzt Maßstäbe in der Dichte an Sensorelektroden und wurde gemeinsam mit der Universität von Florida entwickelt. Die Entwicklungsarbeiten sind Teil des DARPA-Projekts IMPRESS (Implantable Multimodal Peripheral Recording and Stimulation System) im Rahmen des DARPA-HAPTIX-Programms. Derzeit übliche Armprothesen-Systeme erlauben es Patienten, künstliche Arme zu bewegen und Elektromotoren in der Prothese anzusteuern. Allerdings sind diese Systeme nicht zu einer empfindlichen Motorregelung in der Lage und geben auch dem Patienten keinen Tastsinn. Künftige fortschrittliche Prothesen werden Amputierten dank umfangreicher Sensorik in den künstlichen Gliedmaßen elektrische Signale zur Einspeisung in die peripheren Nerven bieten. Dabei kommen implantierte Elektroden als Schnittstellen zum Einsatz. Im Rahmen des IMPRESS-Projekts hat imec einen 35 µm dünnen Prototypen-Chip realisiert, der biokompatibel ist und dabei in einem hermetisch abgeschlossenen, flexiblen Gehäuse untergebracht ist. An seiner Oberfläche verfügt der Chip über 64 Elektroden, mit der Option auf Erweiterung auf 128. Diese große Anzahl erlaubt eine feingranulare Stimulation der Nervenzellen sowie die Aufzeichnung von Signalen. Durch die mit dem Chip verbundene Nadel lässt sich das gehäuste System in ein Nervenbündel einführen, was die Genauigkeit der ausgelesenen Signale und Stimulationssignale erhöht. Auf diese Weise erhält der Patient eine genauere Kontrolle über seine Armprothese und eine differenziertere haptische Rückmeldung.