Wilfred heeft er zijn academische missie van gemaakt om chips te ontwerpen die geïnspireerd zijn op het menselijk brein en om ‘levenloos’ materiaal intelligent te maken. ‘Het maken van zelflerende materialen is één van de grote wetenschappelijke uitdagingen van de 21ste eeuw’, stelt hij.
Levenloze materie
Dat nieuwe, intelligente materiaal moet volgens Wilfred geheugen hebben, zelfstandig omgaan met zijn omgeving en zijn acties zelf reguleren. ‘Tot nu toe is intelligentie het domein van levende systemen. Maar zou het mogelijk zijn om intelligentie naar het rijk der levenloze materie te brengen? Uiteindelijk willen we efficiëntere computers maken, of superslimme hersenimplantaten.’
Geen digitale chips
Wilfred doet onderzoek naar systemen die zelf adaptief zijn en daarmee dichtbij de efficiëntie van het menselijk brein komen. Daarbij slaat zijn team de handen ineen met neurowetenschappers. ‘We moeten veel meer durven afstappen van digitale chips die in onze telefoons of laptop zitten. Die zijn heel sterk, maar slurpen energie. Vooral bij toepassingen met veel data. Als we die chip lerend en adaptief willen maken, dan moeten we niet een softwarematige verandering realiseren, maar we moeten de chip zélf evolueren.’
Energieverbruik van ons brein
Slechts 20 watt. Dat is de hoeveelheid energie die ons brein gemiddeld verbruikt. ‘Terwijl je hersenen ontzettend veel rekenkracht en vooral adaptief vermogen hebben’, vertelt Wilfred. ‘Je brein is eigenlijk een soort hardware die niet af is op het moment dat het de fabriek uit rolt. Natuurlijk, er is het één en ander voorgeprogrammeerd vanuit de evolutie, maar er is heel veel dat nog gevormd moet worden. Dat biedt kansen. Een op ons brein geïnspireerde computerchip moet veel meer ontworpen zijn voor een specifieke toepassing. Een chip die dus juist niet alles moet kunnen, van bijvoorbeeld word processing tot data tot noem maar op.’
Slakkenhuis
Eén van de concrete toepassingen waar Wilfred aan werkt, wordt ontwikkeld in samenwerking met autofabrikant Toyota en IT-bedrijf IBM. Wereldwijde spelers dus. Binnen het project HYBRAIN werken de partners aan een chipje dat heel goed is in spraakherkenning, maar dan op een volledige niet-digitale manier.
‘Je voedt die chips met spraak door een microfoon. De chip gebruikt vervolgens intrinsieke materiaaleigenschappen, die erg lijken op het slakkenhuis in je oor. Een menselijk slakkenhuis filtert al veel voordat er überhaupt een signaal naar je hersenen gaat. Heel intelligent materiaal dus, maar ook erg ingewikkeld.’
De chips waar Wilfred aan werkt, zetten trilling om in een analoog signaaltje. ‘Normaal gesproken maak je zo’n signaal daarna digitaal want dan kan je er wat mee met je chips. Maar dat kost energie. Bij spraakherkenning heb je het dan ook nog eens over aparte frequentiedomeinen, een ander spectrum en noem maar op. Je raadt het al: dat ook weer veel energie.’
De chips moet uiteindelijk gebruikt worden in de nieuwste (elektrische) auto’s, bijvoorbeeld voor spraakbesturing of een sensor die de ruis van de motor in de gaten houdt. Wilfred: ‘Er zitten tegenwoordig zoveel digitale sensors in een auto, daar schrik je van. Haal er wat uit en dan kan je misschien zomaar een kilometer of vijftig verder rijden op je batterij.’
Wilfred geeft onderwijs binnen de UT-opleidingen Nanotechnologie (master) en de bachelor Electrical Engineering.
