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Elektronikproduktion |
TU Ilmenau forscht an biologisch inspirierter Elektronik
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat einen neuen interdisziplinären Sonderforschungsbereich mit Beteiligung der Technischen Universität Ilmenau bewilligt, in dem Elektronik entwickelt wird, die von der Biologie inspiriert ist. Die extrem energieeffiziente Hardware nutzt dabei Erkenntnisse, die von den Nervensystemen von Polypen, Quallen und Echsen abgeleitet werden.
Die DFG fördert den Sonderforschungsbereich (SFB) „Neuroelektronik: Biologisch inspirierte Informationsverarbeitung“ ab 2021 mit rund 11,5 Millionen Euro für vier Jahre. Um die energieeffiziente Hardware zu entwickeln, übertragen 33 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus neun Forschungseinrichtungen Erkenntnisse über die Informationswege in tierischen Nervensystemen auf die technische Informationsverarbeitung. Dabei bezieht der revolutionäre Forschungsansatz evolutionsbiologische Mechanismen aus der Tierwelt wie das Zellwachstum mit ein. Dies soll in Zukunft Elektroniksysteme ermöglichen, die extrem konfigurierbar und daher in der Lage sind, sich an unterschiedlichste Situationen und äußere Einflüsse anzupassen.
Vorbild für die innovative Elektronik ist das menschliche Gehirn. Verglichen mit heutigen Computern verarbeitet es Informationen nicht nur effektiver, sondern auch energiesparender. Beispiel Mustererkennung: Um in einer Menge von Daten Regelmäßigkeiten, Wiederholungen, Ähnlichkeiten oder Gesetzmäßigkeiten zu erkennen, verarbeitet das Gehirn eine Vielzahl unterschiedlichster Informationen zeitgleich und kann sich dabei sogar an wechselnde äußere Bedingungen anpassen. Dabei arbeitet es äußerst energieeffizient und benötigt dafür gerade einmal 25 Watt. Um besser verstehen zu können, nach welchen Gesetzmäßigkeiten die Nervenzellen Informationen weitergeben und wie lokale Prozesse mit dem gesamten Nervensystem zusammenhängen, werden im SFB Neuroelektronik Untersuchungen von biologischen Modellorganismen mit unterschiedlich komplex entwickelten Nervensystemen durchgeführt. Dafür leiten die Forscher Grundprinzipien dynamischer biologischer Netzwerke von dem Süßwasserpolypen Hydra, der Würfelqualle Tripedalia cystophora und der Echse Anolis carolinensis ab und übertragen sie auf technische Systeme.
Kernbaustein der neuen Technologie sind elektronische Bauelemente, die über einen Gedächtniseffekt verfügen: Solch memristive Bauelemente – sie sind in der Lage, den Verlauf elektrischer Signale zu speichern – wollen die Wissenschaftler in Zukunft in dynamische Schaltungsarchitekturen integrieren.
Biologisch inspirierte, extrem energiesparende elektronische Systeme würden helfen, die digitale Informationsverarbeitung voranzutreiben. Eine neue Generation von Computerarchitekturen und Technologien, geboren aus dem SFB Neuroelektronik, könnten unter anderem zu Anwendungen in der Robotik, der Sensorik, beim autonomen Fahren, aber auch in der Medizintechnik, etwa bei bionischen Prothesen, führen.
