Aus Nanodrähten aufgebaute Transistoren

Nach einer Wissenschaftsmeldung haben Forscher der TU Dresden eine richtungsweisende Arbeit zum Neuromorphen Rechnen veröffentlicht, in sie zeigen, wie aus Nanodrähten aufgebaute Transistoren wichtige Funktionsweisen des menschlichen Gehirns – dynamisches Speichern und Lernen – nachahmen können. Eines der erklärten Ziele der Forschung im Bereich des neuromorphen Rechnens besteht darin, die selbstorganisierende und selbstregulierende Natur des Gehirns in Schaltkreisen wie auch in Materialien abzubilden – daher die Bezeichnung neuromorph. Die dadurch entstehenden Rechner sollen in der Lage sein, ihre Leistung und Aufgaben im laufenden Einsatz entsprechend den Anforderungen anzupassen und zu optimieren und auch solche Problemstellungen lösen können, für die sie ursprünglich nicht programmiert wurden. Sie lernen beständig weiter und besitzen dabei die sogenannte Plastizität eines biologischen Nervensystems. Unter der Plastizität versteht man die Eigenschaft, sich zur Anpassung laufender Prozesse nutzungsabhängig in Aufbau und Funktion zu verändern – also den elektronischen Schaltkreis wenn erforderlich von seinen einzelnen Schaltelementen aus neu auszurichten und aufzubauen.

Ein weiterer Vorteil neuromorpher Rechner besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau. Im menschlichen Gehirn werden Speicherung und Verarbeitung von Information am selben Ort durchgeführt, gleichzeitig und parallel über ein komplexes Netzwerk synaptischer Verbindungen zwischen mehr als hundert Milliarden Neuronen. Dies unterscheidet das Gehirn grundlegend von heutigen Computern. Diese funktionieren nach dem von-Neumann-Prinzip, bei dem die beiden elementaren Funktionen Speichern und Rechnen in getrennten Einheiten durchgeführt werden. Die dabei zusätzlich erforderlichen Verbindungen zwischen Speicher und Recheneinheit schränken die Fähigkeit zur flexiblen Lösung komplexer Probleme ein und verursachen einen enormen Energie- und Materialverbrauch. Neuromorphe Rechnerarchitekturen, wie sie durch die Dresdner Entdeckung ermöglicht werden, zielen hingegen darauf ab, deutlich über von-Neumann-Rechner hinauszugehen. Sie verbinden Speicherung und Verarbeitung von Informationen innerhalb einer lernfähigen funktionalen Einheit – im konkreten Fall einem aufwändig konstruierten Silizium-Nanodraht-Transistor mit einer Sol-Gel-Beschichtung, die für die Plastizität nach dem Vorbild der Neuronen sorgt. Damit können leistungsstarke, schnelle und flexible, vom Gehirn inspirierte Algorithmen, wie sie z.B. für die Künstliche Intelligenz benötigt werden, auf Hardware-Ebene ausgeführt werden.

Literatur

Eunhye Baek, Nikhil Ranjan Das, Carlo Vittorio Cannistraci, Taiuk Rim, Gilbert Santiago Cañón Bermúdez, Khrystyna Nych, Hyeonsu Cho, Kihyun Kim, Chang-Ki Baek, Denys Makarov, Ronald Tetzlaff, Leon Chua, Larysa Baraban & Gianaurelio Cuniberti (2020). Intrinsic plasticity of silicon nanowire neurotransistors for dynamic memory and learning functions. Nature Electronics, doi:10.1038/s41928-020-0412-1.

Roboter in der Pflege

Die APA meldet am 13. Mai 2020, dass ein Pflege-Assistenz-Roboter in Dornbirn getestet wird, konkret soll der “Lio” zwei Jahre lang zu Forschungszwecken zum Einsatz kommen. Die Fachhochsche Dornbirn untersucht damit die Einsatzfähigkeit eines Roboters im Pflegebereich, wobei der Roboter „Lio“ dabei Service-Aufgaben übernehmen soll, etwa um Essen und Getränke zu bringen, und später soll er auch Dolmetscheraufgaben übernehmen. Damit soll den Pflegekräften wieder mehr Zeit für andere Aufgaben zur Verfügung stehten, etwa als Unterstützung bei der Nachtwache.

Laut Fachhochschule Dornbirn steht “Lio” zur Begrüßung und Unterhaltung von Personen bereit, bringt Getränke und Speisen, leitet zu Bewegungsübungen an oder gibt Auskünfte. Wichtig ist auch die Erkennung von Notfällen und die Alarmierung von Pflegepersonal.

“Lio” wird zunächst in zwei Altenpflegeheimen eingeführt, er wird bei allen seinen Einsätzen von geschultem Personal begleitet und überwacht. Teil des Projekts ist es auch, die Bedeutung, Kriterien, ethische Grenzen und überhaupt die Machbarkeit des Einsatzes von Assistenz-Robotern in der Pflege zu erarbeiten, wobei die Fragestellungen aus verschiedensten Perspektiven beleuchtet werden sollen und die Ergebnisse des Forschungsprojekt sollen in aller Breite verfügbar gemacht werden.

Beteiligt am Test und der Weiterentwicklung von “Lio” sind das Forschungszentrum “Nutzerzentrierte Technologien” der Fachhochschule Vorarlberg sowie die Forschungspartner Universität Konstanz, Altenzentrum Emmersberg (Schaffhausen) und Pflegeheim St. Marienhaus (Caritas Konstanz). Vier Fördergeber stellen finanzielle Mittel bereit.

Roboter als Kellner

Die Presse vom 13. Mai 2020 meldet unter dem Titel „Coronasicheres” Bier: Roboter als Kellner in Sevilla“, dass um die Ansteckungsgefahr zu reduzieren, ein Gasthaus in Sevilla auf eine vollständige Digitalisierung von der Bestellung bis hin zu zum Servieren setzt. „In Sevilla will nun ein Lokalbetreiber seinen Gästen einen völlig „coronasicheren“ Biergenuss und Abend bescheren. Das Bier soll so künftig am Tisch per App bestellt, online bezahlt werden und schließlich von einem Roboter an der Theke reserviert werden. Abholen muss man es sich aber dort selbst. Bis zu 600 Gläser sei der Roboter in der Lage stündlich zu zapfen. Damit lässt sich der Roboter deutlich weniger Zeit (maximal zehn Sekunden) als von Brauereien und Zapfanlagenspezialisten empfohlen. Das sollte nämlich knapp drei Minuten dauern. Der Vorteil des Roboters sei in der heutigen Zeit, die kontaktlose Bedienung der Gäste. Der Roboter ist den Angaben zufolge der erste dieser Art. Er sei von einem Unternehmen aus Sevilla gebaut worden, das hoffe, viele weitere Exemplare zu verkaufen. Die Firma stellt unter anderem auch Roboter für Krankenhäuser sowie zur großflächigen Desinfizierung verschiedener Einrichtungen her.“