總部位于法國Grenoble的研究機構CEA-Leti之研發(fā)焦點(diǎn)在納米科技與相關(guān)應用,他們深信,在一個(gè)“高度連網(wǎng)世界(hyper-connected world)”,技術(shù)突破需要一種全新的研發(fā)方法。

Leti科學(xué)總監Barbara de Salvo最近接受EE Times專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示:「我們正在針對創(chuàng )新尋求一個(gè)不同的技術(shù)軸心;」該機構的研究人員目前找到的新軸心,就是從大自然中學(xué)習。de Salvo舉例指出,連網(wǎng)設備的關(guān)鍵技術(shù)功能區塊,包括感測、通訊、運算、能量采集與安全性,都需要具備三種屬性:不犧牲性能而達到的省電效益、簡(jiǎn)易性以及內建的可信任性。

因為面臨能源短缺的風(fēng)險,現在的研究人員越來(lái)越偏向以仿生(biomimicry)方式尋求創(chuàng )新,這能讓他們透過(guò)模仿大自然的生存模式與策略,為人類(lèi)面臨的挑戰找到可持續性解決方案。如de Salvo所言,這全都是:「向研發(fā)了40億年的大自然學(xué)習;」而她認為,仿生方案能提供研究人員「顛覆性的想法」。

師法自然在工程領(lǐng)域并不是新概念,很多研究人員已經(jīng)在進(jìn)行由人腦結構啟發(fā)的神經(jīng)元(neurons)與突觸(synapses)開(kāi)發(fā),也就是神經(jīng)型態(tài)運算(neuromorphic computing),或稱(chēng)為神經(jīng)型態(tài)工程;神經(jīng)型態(tài)運算研究是厘清如何以個(gè)別神經(jīng)元、電路、應用以及整個(gè)架構的形態(tài),來(lái)創(chuàng )造理想的運算方案。

在硬件層級實(shí)現的神經(jīng)型態(tài)運算案例,包括氧化物為基礎的憶阻器(memristor)、臨界值開(kāi)關(guān)(threshold switches)以及晶體管。

在局部處理數據

而Leti的仿生技術(shù)研究與以往更著(zhù)重于模仿人腦之神經(jīng)形態(tài)工程部太相同,de Salvo表示:「我們是參照一個(gè)完整系統,例如整只昆蟲(chóng)的身體;」她解釋?zhuān)骸改鞘且粋€(gè)具備不可思議的傳感器、且擁有合成信息功能的完整智能系統?!?/span>

該研究機構的研究合作伙伴是法國圖爾大學(xué)(University of Tours)生態(tài)學(xué)教授、法國大學(xué)研究院(Institut Universitaire de France)成員Jerome Casas;Casas是全球生物啟發(fā)(biologically inspired)技術(shù)領(lǐng)域的知名專(zhuān)家,Leti計劃將生物啟發(fā)工程研究與Casas率領(lǐng)的生物學(xué)家、數學(xué)家、工程師組成的團隊整合。

de Salvo認為,今日的MEMS傳感器性能還無(wú)法媲美大自然,還有很大的學(xué)習空間;她指出,Leti特別有興趣的題目,是透過(guò)學(xué)習昆蟲(chóng)的能力來(lái)開(kāi)發(fā)新技術(shù)。在眾多聚焦于迷你化生物啟發(fā)感測系統的研究項目中,de Salvo指出,與神經(jīng)形態(tài)電路相關(guān)的研究即是由昆蟲(chóng)以及牠們在局部收集、處理數據的能力所啟發(fā)。

預期高度連結性將在物聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵角色,de Salvo表示,Leti的研究人員特別好奇昆蟲(chóng)如何能在局部處理數據,例如蟋蟀腳上的觸須:「那些觸須不只能感測,實(shí)際上也具備數據處理以及產(chǎn)生智能的能力,就像是扮演昆蟲(chóng)的局部大腦?!?/span>

Casas在他的個(gè)人網(wǎng)頁(yè)上寫(xiě)道:「仿生是另一種探索生命多樣性的方法,而且可能為我們帶來(lái)有益的回饋;當我們比較蟋蟀觸須以及最新MEMS傳感器技術(shù)的能力,我們發(fā)現蟋蟀觸須的性能還是高出好幾倍,主要是因為其無(wú)與倫比的訊號處理能力?!?/span>

他并接著(zhù)解釋「蟋蟀與蟑螂的逃脫系統」,他的研究顯示,這些昆蟲(chóng):「在位于腹部尾端的小腦處理信息,能達到比人類(lèi)大腦更快的處理速度?!?/span>

此外de Salvo也指出,昆蟲(chóng)們控制能量消耗以支撐長(cháng)途飛行的能力也很迷人;如Casas所言:「翅膀或腹板(plate)移動(dòng)方式的微小變化,就會(huì )對散發(fā)的渦流以及能量消耗的數個(gè)方面產(chǎn)生巨大影響;工程師因此渴望從昆蟲(chóng)實(shí)際上是如何拍翅膀來(lái)學(xué)習?!顾硎舅膱F隊最近已經(jīng)與物理學(xué)家與工程師合作研究這個(gè)議題。

Leti相信他們是法國第一個(gè)深入探索大自然的研究機構:「透過(guò)找到對的人,我們正在進(jìn)行生物啟發(fā)、生物整合的研究項目;」她強調:「我們真的認為我們需要改變科技研發(fā)的方法?!?/span>