機(jī)器學(xué)習(xí)處理引擎可構(gòu)建具有氣味識(shí)別功能的靈活設(shè)備

近年來(lái)，柔性電子產(chǎn)品的開發(fā)有所增加：可以拉伸的電子組件可以開發(fā)智能手表，健身追蹤器或其他可穿戴智能設(shè)備。柔性電子設(shè)備通常是通過(guò)在諸如塑料或紙之類的柔性材料基底上施加電子電路而制成的。

柔性芯片可用于制造低成本，極薄，可彎曲且佩戴舒適的設(shè)備。盡管它們的特性使其比某些在硅片上制造的常規(guī)電子產(chǎn)品更適合某些應(yīng)用，但到目前為止，并非所有這些芯片都達(dá)到了理想的性能。

Arm和PragmatIC的研究人員最近使用低成本的柔性芯片制造了機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)處理引擎，該引擎可用于構(gòu)建具有先進(jìn)數(shù)據(jù)處理能力的各種智能設(shè)備。他們的論文發(fā)表在《自然電子學(xué)》上，專門展示了其發(fā)動(dòng)機(jī)在涉及識(shí)別氣味的應(yīng)用中的使用。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一埃姆雷·奧澤(Emre Ozer)表示：“ Arm Research與PragmatIC有著密切的研發(fā)合作，PragmatIC具有基于金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)的低成本柔性IC制造技術(shù)。” “這項(xiàng)技術(shù)具有在低成本柔性基板上制造處理引擎的巨大潛力，它可以使數(shù)十億個(gè)物體變得'更智能'，而成本卻在美分而不是美元之間。”

由Ozer和他的同事開發(fā)的ML處理引擎可以直接連接到檢測(cè)與氣味相關(guān)的化學(xué)信息的傳感器上，這種傳感器稱為“電子鼻”(電子鼻)。然后，它分析此信息并嘗試確定傳感器聞到的氣味。

Arm和PragmatIC的團(tuán)隊(duì)致力于最近的項(xiàng)目，與曼徹斯特大學(xué)的研究人員密切合作，他們專門研究基于低成本塑料基材的柔性電子鼻傳感器。新的有線ML引擎是此次合作的結(jié)果。

Ozer說(shuō)：“我們的引擎實(shí)現(xiàn)了我們也開發(fā)的稱為'Univariate Bayes特征投票分類器'的ML算法。” “處理引擎是硬連線的，因?yàn)樵谟?xùn)練階段之后學(xué)習(xí)到的ML參數(shù)是固定的(即，不會(huì)在設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)發(fā)生變化)。它包含大約1000個(gè)門，這是一種非常節(jié)省資源的設(shè)計(jì)。”

盡管引擎的ML參數(shù)是固定的且無(wú)法編程的事實(shí)似乎不利，但硬連線ML引擎的當(dāng)前目標(biāo)市場(chǎng)是快速消費(fèi)品(FMCG)，很少需要重新編程。實(shí)際上，生產(chǎn)快速消費(fèi)品的公司的首要任務(wù)是確保能夠快速，大量，低成本地生產(chǎn)商品，因?yàn)樗鼈円矔?huì)被快速消費(fèi)。

例如，可以將引擎集成到塑料包裝中，以處理包裝食品的氣味。包裝食品往往會(huì)很快過(guò)期，并且貨架期很短，因此，一旦客戶食用產(chǎn)品，包裝和其中的柔性電子組件就會(huì)被丟棄。結(jié)果，ML引擎的壽命很短，不需要重新編程。

Ozer說(shuō)：“早在2004年，通用或可編程處理器就在柔性基板上制造出來(lái)了。” “這些柔性處理器是使用低溫多晶硅(LTPS)TFT技術(shù)開發(fā)的，制造成本很高。因此，該技術(shù)不適用于實(shí)現(xiàn)超低成本電子產(chǎn)品。使用金屬技術(shù)開發(fā)了算術(shù)邏輯單元2014年，IMEC在柔性基板上使用了氧化膜TFT，但這是概念驗(yàn)證的原型，計(jì)算能力有限。”

由Ozer和他的同事開發(fā)的引擎比過(guò)去制造的大多數(shù)可編程和靈活處理器具有更多(更高級(jí))的功能。實(shí)際上，它是有史以來(lái)使用金屬氧化物TFT構(gòu)建的最復(fù)雜的柔性集成電路(IC)。盡管該引擎由大約1000個(gè)門組成，但其門密度比其他基于金屬氧化物TFT技術(shù)的現(xiàn)有數(shù)字IC的門密度大約高20-45倍。

在開發(fā)柔性電子設(shè)備時(shí)，通常單獨(dú)制造不同的電子組件(例如傳感器，能量收集器，處理器等)，然后將其組合為單個(gè)設(shè)備。然而，迄今為止，已經(jīng)證明將柔性部件集成到單個(gè)系統(tǒng)中比將常規(guī)電子部件組合起來(lái)困難得多。研究人員現(xiàn)在計(jì)劃將引擎與其他組件(例如電子鼻傳感器和數(shù)字接口)集成后，繼續(xù)測(cè)試其性能。

奧澤說(shuō)：“在這一研究領(lǐng)域中的系統(tǒng)集成還不如傳統(tǒng)電子設(shè)備成熟。” “展望未來(lái)，Arm Research和PragmatIC已經(jīng)開始與曼徹斯特大學(xué)合作，將柔性電子鼻傳感器集成到單個(gè)柔性系統(tǒng)中，包括柔性傳感器讀出接口和ML 引擎。”