Spraakherkenning zonder zware software of energieverslindende processors: onderzoekers van de Universiteit Twente presenteren samen met IBM Research Europe en Toyota Motor Europe een compleet nieuwe aanpak. Hun chips laten het materiaal zelf ‘luisteren’. De publicatie van prof. Wilfred van der Wiel en collega’s verschijnt vandaag in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Nature. In de laatste vijf jaar was een UT-wetenschapper twee keer hoofdauteur in Nature.
Radicaal anders
Tot nu toe verliep spraakherkenning via cloudservers en complexe software. De Twentse onderzoekers laten zien dat dit anders kan. Ze koppelden een Reconfigurable Nonlinear Processing Unit (RNPU), ontwikkeld aan de UT, aan een nieuwe IBM-chip. Die combinatie verwerkt geluid net zo vloeiend en dynamisch als het menselijk oor en brein. In testen bleek deze aanpak minstens zo nauwkeurig als de beste softwaremodellen – soms zelfs beter.
Sneller, zuiniger, veiliger
De impact kan groot zijn: gehoorapparaten die nauwelijks energie verbruiken, spraakassistenten die geen data meer naar de cloud sturen, of auto’s met directe spraakbesturing. “Dit is een nieuwe manier van denken over intelligentie in hardware,” zegt prof. Wilfred van der Wiel. “We laten zien dat het materiaal zelf kan worden getraind om te luisteren.”
Meer dan spraak
De technologie is niet alleen toepasbaar op spraak, maar kan in principe elk tijdafhankelijk signaal verwerken. Video, beeld of data van sensoren zijn net zulke goede voorbeelden. Denk aan sensoren die continu metingen doen en daarbij ook zelfstandig kunnen handelen. Apparaten hoeven dan niet om de haverklap een nieuwe batterij, of voortdurend afhankelijk te zijn van een internetverbinding. Een groot deel van de rekentaken kan lokaal en energiezuinig worden uitgevoerd. Dat maakt apparaten slimmer en zelfstandiger.
Daarnaast kan de technologie worden ingezet om zware AI-taken te versnellen. Bepaalde onderdelen van complexe algoritmes zouden direct in de materialen zelf verwerkt kunnen worden, waardoor conventionele chips worden ontlast. Daarmee ontstaat een hybride aanpak: klassieke digitale circuits werken samen met in-materia componenten die specifieke taken veel sneller en zuiniger uitvoeren.
Nature: Champions League
De publicatie in Nature is voor de Universiteit Twente bijzonder. “Een publicatie in Nature is de Champions League van de wetenschap. Het betekent dat je echt aan de frontlinie van een vakgebied opereert,” zegt Van der Wiel.
Zo’n publicatie vergt jaren werk. “Alleen al het schrijven kostte meer dan een half jaar. Het hele traject – van de eerste experimenten tot de uiteindelijke acceptatie – duurt vaak vijf jaar of meer. Vanaf de eerste indiening tot acceptatie is een jaar eigenlijk nog netjes.”
Het resultaat is direct zichtbaar in het veld: de samenwerking met IBM en Toyota onderstreept de maatschappelijke en industriële relevantie. Ook binnen de academische wereld levert het internationale zichtbaarheid op, met uitnodigingen voor belangrijke conferenties.
In de afgelopen vijf jaar is er tweemaal een UT’er first author geweest bij een publicatie in Nature. In 2020 is dat deze publicatie geweest met first author Tao Chen. In 2025 was dat Violetta Sharoglazova met deze publicatie. Overigens geldt voor beide publicaties dat alle auteurs UT’ers zijn.
Van lab naar praktijk
Van der Wiel hoopt dat de technologie niet alleen bij publicaties blijft. “Mijn droom is dat onze chips hun weg vinden naar echte toepassingen, zoals gehoorapparaten. Een onderdeel van zo’n apparaat zou dan gebaseerd zijn op onze technologie.”
Dat dit mogelijk is, heeft te maken met de gebruikte materialen. De chips zijn gebaseerd op standaard silicium en functioneren bij kamertemperatuur. Daardoor is het goed denkbaar dat ze in bestaande halfgeleiderfabrieken kunnen worden geproduceerd. “Dat maakt opschaling naar praktische toepassingen veel realistischer,” aldus Van der Wiel.
De paper in Nature is hier te vinden.
Een belangrijke bijdrage kwam van co-auteur Mohamadreza Zolfagharinejad, die eind augustus binnen de groep Nano Electronics (faculteit EEMCS) cum laude promoveerde op dit onderwerp.
