ENGINEERINGNET.BE - De energiekosten van berekeningen en dataverwerking horen tot de belangrijkste energieproblemen voor onze maatschappij.
De voetafdruk ervan zal in de toekomst alleen maar groter worden, omdat software-eisen blijven toenemen en de huidige hardware geen betrouwbare oplossing biedt.
Daarom heeft onderzoek naar alternatieve rekenmethoden die ultrasnel zijn en minimale energie verbruiken, de afgelopen jaren veel aandacht getrokken.
Een alternatieve rekenmethode staat bekend onder de naam optical analog computing. Bij deze methode worden wiskundige bewerkingen uitgevoerd met behulp van licht, nog voordat dat licht door een camera wordt vastgelegd.
Omdat optical analog computing-apparaten passief zijn, wat wil zeggen dat ze geen elektrische energie nodig hebben, wordt er bijna geen energie verbruikt. Ook wordt de bewerking letterlijk met de snelheid van het licht uitgevoerd.
In hun onderzoek, met industriële partners WITec en SCIL Imprint Solutions, hebben natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam zich gericht op randdetectietechnieken, die als doel hebben randen in afbeeldingen te detecteren. Dit zijn locaties waar een plotselinge verandering in helderheid optreedt, wat de grens van een waargenomen object markeert.
Randdetectie is een van de meest cruciale taken in beeldverwerking, met toepassingen in bijvoorbeeld autonome voertuigen.
Om de optical analog computing uit te voeren, gebruikten de natuurkundigen een eenvoudige en makkelijk te fabriceren opeenstapeling van dunne films.
De methode bleek erg goed te werken, en was zelfs in staat om randen van heel kleine objecten, circa 1 micrometer groot, te detecteren.
Onderzoeker Bernardo Dias: “Het ontwerp van de opeenstapeling van lagen is extreem eenvoudig vergeleken met de complexe optische coatings die nu als state-of-the-art worden gezien. Desondanks vertoont ons apparaat een van de grootste numerieke aperturen tot nu toe, waardoor we randdetectie kunnen uitvoeren op de kleinst mogelijke objecten.”
Een bijkomend voordeel van de methode is dat die met een groot aantal lichtbronnen zoals lampen, LED's of lasers kan werken, wat het potentiële gebruik ervan in bestaande technologie vergemakkelijkt. De resultaten tonen aan dat de technieken met name bruikbaar zijn voor hogeresolutiemicroscopie.
Omdat het apparaat ook de randen van transparante objecten toont, die onzichtbaar zouden zijn voor een conventionele helderveldmicroscoop, is toepassing in de biologie en geneeskunde ook mogelijk.
Als volgende stap streven de onderzoekers ernaar om schakelbare apparaten te ontwikkelen voor optical analog computing, waarbij de wiskundige bewerking aan- en uitgezet kan worden, of waarbij het apparaat kan schakelen tussen verschillende functies.
