Onze hersenen kunnen razendsnel en energiezuinig complexe informatie verwerken. Er wordt daarom steeds vaker naar het menselijk brein gekeken bij het ontwikkelen van nieuwe computertechnologie. TU/e-onderzoeker Imke Krauhausen bouwde nieuwe elektronische devices gebaseerd op neuromorphic computing. Ze gebruikte daarvoor organische materialen en hoopt dat haar kunstmatige synapsen uiteindelijk ook voor toepassingen in het menselijk lichaam gebruikt kunnen gaan worden. Krauhausen promoveerde op 10 april op dit onderwerp en kreeg een cum laude beoordeling.
Het onderzoek is een samenwerkingsverband tussen de Technische Universiteit Eindhoven en het Max Planck Institute of Polymer Research. De focus ligt op de daadwerkelijke toepassing van in het lab ontwikkelde kunstmatige synapsen en neuromorphic computing.
Kunstmatige synapsen
Synapsen zijn de flexibele verbindingen waarmee de afzonderlijke neuronen in onze hersenen met elkaar kunnen communiceren. De kunstmatige synapsen zijn gemaakt van organische polymeren die het menselijk lichaam kan verdragen. Want uiteindelijk willen de onderzoekers ze gaan gebruiken voor toepassingen in het lichaam zelf: een slimme prothese of een metertje dat zich in het lichaam kan aanpassen.
Krauhausen: “Ik ben begonnen met het trainen van een enkele kunstmatige synaps in een Lego-robot. Die moest al lerende zelf de uitgang van het doolhof vinden. Ik liet de robot stukken felgekleurd papier zien: linksaf als je dit signaal ziet, rechtsaf als dat signaal afwezig is. Zo kon de robot uiteindelijk zelfstandig zijn weg vinden door verschillende doolhoven.” Dit zijn eerste stappen voor bijvoorbeeld een reddings- of ruimterobot; elke situatie waarin een robot autonoom moet kunnen handelen en zich aan een nieuwe omgeving moet kunnen aanpassen, maar waar een grote batterij niet praktisch is.
Neuromorphic computing
Ons brein wordt al langere tijd als voorbeeld gebruikt voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie computersystemen. Vorig jaar ontwikkelde een andere TU/e-onderzoeker, Eveline van Doremaele, een slimme chip die voor diverse toepassingen in het menselijk lichaam gebruikt kan worden. En ook op tal van andere plekken wordt onderzocht in hoeverre implantaten iets voor mensen kunnen betekenen. Een bekend voorbeeld is het bedrijf Neuralink van Elon Musk, dat begin dit jaar het door hen ontwikkelde hersenimplantaat heeft geïmplanteerd bij de allereerste proefpersoon.
Doordat we steeds meer gebruik maken van slimme apparaten en kunstmatige intelligentie, hebben we ook nieuwe en vooral energiezuinigere computertechnologie nodig, legt Krauhausen uit. “Onze hersenen zijn superefficiënt. Per uur verbruiken ze slechts 20 Watt voor zeer complexe taken. Zelfs de meest ingenieuze supercomputer haalt dat bij lange na niet. Ons brein is een geweldige inspiratiebron.”
Organische computerchips
Traditioneel bestaan computerchips uit silicium en metaal. De TU/e-onderzoeksgroep Neuromorphic Engineering werkt echter aan een organisch systeem met water en zout, naar het voorbeeld van onze hersenen. In de hersenen kunnen synapsen elektrische signalen doorgeven dankzij een ingenieus systeem van zouten en zoutgestuurde kanalen. Ook de elektronische circuits die Krauhausen gebruikte, hebben zo’n zoutkanaal.
“Denk daarbij wel in het klein, zo’n 100 tot 200 micrometer. Veel microscopiewerk in de cleanroom dus. Binnen onze groep werken we met meerdere onderzoekers aan verschillende aspecten van hetzelfde kunstmatige neuronale systeem. Dat gaat van de ontwikkeling van nieuwe organische materialen en het uitwerken van nieuwe algoritmes tot aan het finetunen van de mechanische gedragingen van het device.”
