Son yıllarda, esnek elektroniklerin (uzatılabilen ve böylece akıllı saatlerin, spor takip cihazlarının veya diğer giyilebilir akıllı cihazların geliştirilmesini sağlayan elektronik bileşenler…) geliştirilmesinde bir artış oldu. Esnek elektronikler tipik olarak plastik veya kağıt gibi esnek malzeme alt tabakalarına elektronik devreler uygulanarak yapılır.
Esnek çipler, düşük maliyetli, son derece ince, bükülebilir ve rahat takılabilen cihazları imal etmek için kullanılabilir. Özellikleri, onları belirli uygulamalar için silikon levhalar üzerinde imal edilen geleneksel elektroniklerden daha uygun hale getirebilirken, şimdiye kadar bu çiplerin tümü istenen performansları elde edememiştir.
Arm ve PragmatIC’teki araştırmacılar; gelişmiş veri işleme yeteneklerine sahip çok çeşitli akıllı cihazlar oluşturmak ve kullanılabilecek bir makine öğrenimi (ML) işleme motoru üretmek için düşük maliyetli esnek çipler kullandılar. Nature Electronics’de yayınlanan makaleleri; özellikle kokuları veya kokuları tanımayı içeren uygulamalar için motorlarının kullanımını gösteriyor.
Araştırmacı Emre Özer: “Arm Research, metal oksit ince film transistörlerine (TFT’ler) dayalı düşük maliyetli esnek IC üretim teknolojisine sahip PragmatIC ile yakın bir Ar-Ge işbirliğine sahip… Bu teknoloji; işleme motorlarının düşük maliyetli esnek alt tabakalar üzerinde üretilmesi için büyük bir potansiyele sahip ve bu da milyarlarca nesnenin daha az maliyet oluştururken ‘daha akıllı’ hale gelmesini sağlayabilir.”
Özer ve meslektaşları tarafından geliştirilen makine öğrenimi işleme motoru, “elektronik burunlar” (e-burun) olarak bilinen kokularla ilişkili kimyasal bilgileri algılayan sensörlere doğrudan bağlanabilir; daha sonra bu bilgileri analiz eder ve sensörün hangi kokuyu aldığını belirlemeye çalışır.
Son projede çalışan Arm ve PragmatIC ekibi, düşük maliyetli plastik alt tabakalara dayalı esnek e-burun sensörlerinin geliştirilmesinde uzmanlaşmış Manchester Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla çalıştı. Yeni donanım bağlantılı makine öğrenimi motoru, bu işbirliğinin sonucudur.
Araştırmacı Özer: “Motorumuz, bizim de geliştirdiğimiz ‘Tek Değişkenli Bayes özellikli oylama sınıflandırıcı’ adlı bir ML algoritması uyguluyor. İşleme motoru fiziksel olarak bağlanmıştır, çünkü eğitim aşamasından sonra öğrenilen ML parametreleri sabitlenmiştir (yani, cihazın kullanım ömrü boyunca değişmez). Yaklaşık 1000 kapıdan oluşur ve bu, kaynakları çok verimli kullanan bir tasarımdır.”
Motorun makine öğrenimi parametrelerinin sabit olması ve programlanamaması dezavantajlı görünse de; donanım bağlantılı makine öğrenimi motorları için mevcut hedef pazar, nadiren yeniden programlamaya ihtiyaç duyan hızlı hareket eden tüketim mallarıdır (FMCG’ler). Aslında hızlı tüketim malları üreten firmaların öncelikleri, malların hızlı, yüksek miktarlarda ve düşük maliyetlerle üretilebilmesini sağlamak, çünkü bunlar da hızlı bir şekilde tüketilecek.
Motor, örneğin paketlenmiş yiyeceklerin kokularını işlemek için plastik ambalajlara entegre edilebilir. Paketlenmiş gıdaların son kullanma süresi çok çabuk biter ve raf ömrü kısadır, bu nedenle müşteriler ürünleri tüketir tüketmez ambalaj ve içindeki esnek elektronik bileşenler atılır. Sonuç olarak, makine öğrenimi motorunun ömrü kısadır ve yeniden programlanması gerekmez.
Araştırmacı Özer: “Genel amaçlı veya programlanabilir işlemciler, esnek alt tabakalar üzerinde 2004 yılının başlarında üretildi. Bu esnek işlemciler, yüksek üretim maliyetine sahip düşük sıcaklıkta poli-silikon (LTPS) TFT teknolojisi kullanılarak geliştirildi. Bu nedenle, bu teknoloji ultra düşük maliyetli elektronikler sağlamak için uygun değildi. Metal kullanılarak bir aritmetik mantık birimi geliştirildi. 2014 yılında IMEC tarafından esnek bir alt tabaka üzerinde oksit TFT’ler, ancak bu sınırlı hesaplama yeteneklerine sahip bir kavram kanıtı prototipiydi. “
Özer ve meslektaşları tarafından geliştirilen motor, geçmişte üretilen programlanabilir ve esnek işlemcilerin çoğundan daha fazla ve daha gelişmiş yeteneklere sahiptir. Aslında, metal oksit TFT’ler kullanılarak yapılmış en karmaşık esnek entegre devredir (IC). Motor yaklaşık 1.000 kapıdan oluşmasına rağmen, kapı yoğunluğu metal oksit TFT teknolojisine dayalı diğer mevcut dijital IC’lerden yaklaşık 20–45 kat daha yüksektir.
Esnek elektronikler geliştirilirken, farklı elektronik bileşenler (Örneğin; sensörler, enerji biçerdöverler, işlemciler vb.) genellikle ayrı ayrı üretilir ve ardından tek bir cihazda birleştirilir. Esnek bileşenleri tek bir sisteme entegre etmenin şimdiye kadar geleneksel elektronik bileşenleri birleştirmekten çok daha zor olduğu kanıtlanmıştır. Araştırmacılar şimdi, e-burun sensörleri ve dijital arayüzler gibi diğer bileşenlerle entegre edildiğinde motorlarının performansını test etmeye devam etmeyi planlıyor.
Araştırmacı Özer: “Bu araştırma alanındaki sistem entegrasyonu, geleneksel elektronikte olduğu kadar olgun değil. İleriye bakıldığında, Arm Research ve PragmatIC, esnek e-burun sensörlerini esnek sensör okuma arayüzü ve makine öğrenimi motoru dahil olmak üzere tek bir esnek sisteme entegre etmek için Manchester Üniversitesi ile çoktan çalışmaya başladı.”
