Een internationale groep onderzoekers van de Nederlandse Universiteit Twente heeft een nieuw type moleculaire schakelaar ontwikkeld die de energie-efficiëntie van elektronica kan verhogen. Energiezuinige computers komen zo een stap dichterbij.
Onze wereld worstelt met het enorme energieverbruik van computers, datacenters en andere elektronica. Om aan de vraag te voldoen wordt er gezocht naar nieuwe en innovatieve manieren om meer energie te leveren. “Je ziet dat er nu naast de grote datacenters van Microsoft en Google windmolenparken worden aangelegd”, vertelt Christian Nijhuis, hoogleraar Hybrid Materials for OptoElectronics aan de Faculteit Technische Natuurwetenschappen van de Universiteit Twente. Zo’n beetje de helft van alle energie die wordt opgewekt wordt gebruikt om digitale informatie over te brengen en te verwerken. “Het systeem piept en kraakt”, zegt Nijhuis. Reden om samen met zijn vakgroep onderzoek te doen naar energiezuiniger manieren van gegevensoverdracht en -verwerking.
Menselijk brein als voorbeeld
Het menselijk brein is een belangrijke inspiratiebron voor het onderzoek van de hoogleraar. “Ons brein is een ongelofelijk slimme en energiezuinige supercomputer. Natuurlijk zijn er ook zaken die een digitaal systeem beter kan dan wij, zoals in heel korte tijd enorme hoeveelheden informatie verwerken, maar het herkennen van een kat op een plaatje kunnen onze hersenen nog altijd veel beter dan een computer. Bovendien zijn computers enorme energieverslinders, waar onze eigen hersenen juist heel energie-efficiënt zijn.”
Lerende moleculen
Nijhuis ging met zijn team op zoek naar moleculen die de synapsen in onze hersenen kunnen imiteren. “Een belangrijk kenmerk is dat synapsen niet alleen aan of uit kunnen staan, maar ook alles daartussenin. Bovendien hangt de mate waarin ze aan of uit gaan, af van hoe vaak en snel ze dat al hebben gedaan.” Dat lerende vermogen zochten de onderzoekers ook in moleculen en het lukte hun om één synaps na te bootsen. Om een heel netwerk te kunnen ontwikkelen, keerde Nijhuis terug naar Twente voor verder onderzoek. “De Universiteit Twente heeft een nanolab, de grootste cleanroom van Europa, waar we daadwerkelijk dingen kunnen maken. Bovendien is de UT ook sterk in microtechnologie en hebben we hier een moleculair center opgericht waar we zelf moleculen kunnen maken.”
Efficiëntie verhogen
Het vervolgonderzoek van Nijhuis en zijn team richt zich op het opschalen naar miljoenen moleculaire schakelaars in een volledig artificieel neuraal netwerk om te kunnen bewijzen dat dit energiezuinig kan. “Wanneer we apparatuur 10 tot 100 keer efficiënter kunnen maken, is dat al geweldig. Als dat lukt komen zelfrijdende auto’s ineens ook een stuk dichterbij. Momenteel snoept het zelfrijdend vermogen van een elektrische auto ongeveer 30 procent af van de actieradius. Kun je voorstellen wat we kunnen bereiken wanneer een computersysteem veel minder energie verbruikt. Het aantal mogelijke toepassingen is legio.”
Het helpt ook als sensoren verzamelde data enigszins lokaal kunnen verwerken, waardoor gegevens niet steeds heen en weer hoeven worden gestuurd over een netwerk. “Dat doet ons brein ook niet, hè?”, zegt Nijhuis. “Onze hersenen slaan niet alleen informatie op, maar verwerken het ook. Terwijl in computers de processor en het geheugen nog altijd van elkaar gescheiden zijn. Iedere toepassing waarin dataopslag en -verwerking een rol speelt, heeft baat bij onze vinding.”
Lees ook:
- Opvoeden
- Waarom is Identity Brokering voor machines belangrijk?
