Les ingénieurs construisent un circuit imprimé intelligent empilable et reconfigurable

Une équipe d’ingénieurs du MIT a conçu un nouveau circuit imprimé d’intelligence artificielle avec une conception qui est empilable et reconfigurable, ce qui aide à échanger et à construire sur des capteurs et des processeurs de réseau de neurones existants.

Le nouveau circuit imprimé d’IA pourrait aider à atteindre un avenir plus durable où les téléphones portables, les montres intelligentes et d’autres appareils portables n’ont pas à être jetés pour un nouveau modèle. Ils pourraient être mis à niveau avec de nouveaux capteurs et processeurs qui se fixent sur le circuit imprimé interne d’un appareil. Des circuits imprimés d’IA reconfigurables comme ceux-ci permettraient de maintenir les appareils à jour et de réduire les déchets électroniques.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans Nature Electronics.

Conception du circuit imprimé

La conception en forme de LEGO du circuit imprimé se compose de couches alternées d’éléments de détection et de traitement, ainsi que de diodes électroluminescentes (LED) qui permettent aux couches du circuit imprimé de communiquer de manière optique.

Cette nouvelle conception utilise la lumière au lieu de fils physiques pour transmettre des informations à travers le circuit imprimé, ce qui permet au circuit imprimé d’être reconfiguré, avec des couches qui peuvent être échangées ou empilées. Cela pourrait être utilisé pour ajouter de nouveaux capteurs ou des processeurs mis à jour.

Jihoon Kang est un postdoctorant du MIT.

“Vous pouvez ajouter autant de couches de calcul et de capteurs que vous le souhaitez, tels que pour la lumière, la pression et même l’odeur”, déclare Kang. “Nous appelons cela un circuit imprimé d’IA reconfigurable en forme de LEGO parce qu’il a une capacité d’expansion illimitée en fonction de la combinaison des couches.”

Les chercheurs vont maintenant appliquer la conception à des appareils de calcul de bord, des appareils autonomes et d’autres appareils électroniques qui fonctionnent de manière indépendante par rapport à une ressource centrale ou distribuée.

Jeehwan Kim est professeur associé de génie mécanique au MIT.

“À mesure que nous entrons dans l’ère de l’Internet des objets basé sur des réseaux de capteurs, la demande d’appareils de calcul de bord multifonctionnels va augmenter de manière spectaculaire”, déclare Kim. “Notre architecture matérielle proposée va fournir une grande polyvalence pour le calcul de bord dans le futur.”

La nouvelle conception est configurée pour effectuer des tâches de reconnaissance d’images de base via une superposition de capteurs d’images, de LED et de processeurs fabriqués à partir de synapses artificielles. Les chercheurs ont associé des capteurs d’images à des tableaux de synapses artificielles, chaque tableau étant formé pour reconnaître certaines lettres. L’équipe a pu établir une communication entre les couches sans avoir besoin d’une connexion physique.

Hyunseok Kim est un postdoctorant du MIT.

“D’autres circuits imprimés sont connectés physiquement par du métal, ce qui les rend difficiles à reconfigurer et à reconcevoir, il faudrait donc créer un nouveau circuit imprimé si vous vouliez ajouter une nouvelle fonction”, déclare Kim. “Nous avons remplacé cette connexion physique par un système de communication optique, ce qui nous donne la liberté d’empiler et d’ajouter des circuits imprimés comme nous le souhaitons.”

Ce système de communication optique se compose de photodétecteurs et de LED appariés, chaque paire étant munie de pixels minuscules. Les photodétecteurs constituent un capteur d’images pour recevoir des données, et les LED pour transmettre des données à la couche suivante. Lorsqu’un signal atteint le capteur d’images, le motif de lumière de l’image code une configuration de pixels de LED qui stimule ensuite une autre couche de photodétecteurs, ainsi qu’un tableau de synapses artificielles qui classe le signal en fonction du motif et de l’intensité de la lumière de la LED.

Création d’un circuit imprimé empilable

Le circuit imprimé fabriqué a un noyau de calcul mesurant environ 4 millimètres carrés, et il est empilé avec trois blocs de reconnaissance d’images, chaque bloc comprenant un capteur d’images, une couche de communication optique et un tableau de synapses artificielles pour la classification.

Min-Kyu Song est un autre postdoctorant du MIT.

“Nous avons démontré l’empilabilité, la remplaçabilité et la capacité d’insérer une nouvelle fonction dans le circuit imprimé”, déclare Song.

Les chercheurs vont maintenant ajouter davantage de capacités de détection et de traitement au circuit imprimé.

“Nous pouvons ajouter des couches à l’appareil photo d’un téléphone portable pour qu’il puisse reconnaître des images plus complexes, ou les transformer en moniteurs de santé qui peuvent être intégrés dans une peau électronique portable”, déclare Choi.

L’équipe déclare que des circuits imprimés modulaires pourraient être intégrés dans des appareils électroniques et permettre aux consommateurs de choisir de construire avec les derniers capteurs et processeurs “briques”.

“Nous pouvons créer une plate-forme de circuit imprimé générale, et chaque couche pourrait être vendue séparément comme un jeu vidéo”, déclare Jeehwan Kim. “Nous pourrions créer différents types de réseaux de neurones, comme pour la reconnaissance d’images ou de voix, et laisser le client choisir ce qu’il veut, et ajouter à un circuit imprimé existant comme un LEGO.”