Пчелиный мозг вместо дата-центра: ЕС работает над сверхэкономичным GPS-чипом

По мере развития технологий ученые и инженеры ежедневно ведут войну с ограничениями размера, масштабируемости и энергопотребления. Растущие требования, связанные с искусственным интеллектом и данными, постоянно вызывают потребность в крупномасштабном питании и охлаждении оборудования центров обработки данных, которое выполняет все: от простых аналитических задач до сложных вычислений.

Несмотря на эти тенденции роста, группа европейских исследователей пытается решить эти проблемы под совершенно другим углом – и они делают это, изучая некоторых из самых маленьких и лучших мореплавателей в природе.

GPS — это больше, чем просто способ добраться из точки А в точку Б. Наши смартфоны, транспортные средства, дроны, камеры, носимые устройства и бесчисленное множество других технологий полагаются на него и на сложные вычисления, которые его поддерживают, чтобы обеспечить современные удобства, которыми мы наслаждаемся каждый день.

Хотя некоторые устройства могут быть небольшими, объем вычислительной мощности, позволяющей им обрабатывать, передавать и представлять данные GPS, огромен. Что, если часть этой вычислительной мощности и мощности принятия решений можно было бы обеспечить с помощью чего-то размером не больше семени и потребляющего всего лишь микроватты энергии? Именно это и пытается сделать команда InsectNeuroNano.

Типичная медоносная пчела имеет размеры около 12,7 миллиметров и может весить от 0,0035 до 0,007 унции (от ~100 до ~200 миллиграммов) и могут пролетать от 1,6 до 9,7 километров в поисках еды. Пчелы оснащены «встроенным GPS», который позволяет им определять свое местоположение, анализируя закономерности неба и сравнивая эти закономерности с их собственной скоростью.

Эта способность позволяет им совершать несколько поездок в улей и обратно каждый день, не теряясь, выполняя при этом около 10 триллионов операций в секунду и используя мощность от 10 микроватт (0,00001 Вт) до одного сантиватта (0,01 Вт).

В перспективе пчела перемещается в трехмерном пространстве и корректирует полет на основе данных в реальном времени, общаясь с другими пчелами и находя пищу — и все это с мощностью около 10 микроватт. Intel Core Ultra 285K, который может быть более чем в 300-500 раз тяжелее средней пчелы, потребует от 10 до 15 Вт для питания NPU и SoC при аналогичной нагрузке в 10 TOPS. Даже при скромных 10 Вт пчела использует в 1 000 000 раз меньше энергии для выполнения своей рабочей нагрузки.

Андерс Миккельсен из Лундского университета вместе с исследователями из нескольких университетов Европы поставил перед собой задачу создать маломощный чип, напоминающий насекомых, который сможет имитировать способность пчелы определять свое положение без внешней обработки.

Подход команды сосредоточен не столько на традиционном обучении искусственного интеллекта, сколько на концепциях, основанных на естественном интеллекте, с использованием нанофотонных схем. В отличие от традиционных схем, нанофотонные схемы проводят свет через чрезвычайно маленькие структуры на кристалле размером в миллиардные доли метра. Конечный результат может привести к созданию узкоспециализированных чипов, способных выполнять очень специфическую, но высокоэффективную задачу.

В случае успеха эти крошечные специализированные чипы можно будет использовать для самых разных целей: от датчиков окружающей среды до небольших автономных роботов, которым будет поручено очищать загрязнения, строить конструкции или улучшать опыление в определенных областях. Но мы вряд ли увидим в небе облака роботов-насекомых в ближайшее время. По мнению Миккельсена, может пройти еще десять лет, прежде чем сегодняшние прототипы превратятся в стаи насекомых.