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Projekt
Memristiver Zeitabstandskodierer (MemTDE)
Antragstellerinnen
Professorin Dr. Elisabetta Chicca, Ph.D.; Professorin Dr. Regina Dittmann
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441959088
Im Zeitalter des Internets der Dinge (IoT) müssen immer mehr Sensordaten verarbeitet werden. Da die meisten IoT-Sensoren auf drahtlose Kommunikation angewiesen sind, führt dies zu einem stetigen Anstieg des Stromverbrauchs, der in zukünftigen nachhaltigen Sensorsystemen umgangen werden muss. Um dieses Problem anzugehen, besteht ein Bedarf an intelligenten Sensoren, die in der Lage sind, Daten lokal zu verarbeiten, wodurch die Belastung der Kommunikationsnetze verringert und eine lokale Entscheidungsfindung ermöglicht wird. In diesem Projekt werden wir ein kürzlich vorgeschlagenes Rechenelement, den Zeitdifferenz-Encoder (TDE), der für die sensorische Informationsverarbeitung mit geringer Latenz und niedrigem Stromverbrauch geeignet ist, mit den Vorteilen einer hybriden CMOS-memristiven Implementierung ausstatten. Zu diesem Zweck werden zwei Gruppen mit komplementärem Fachwissen auf dem Gebiet der Entwicklung memristiver Bauelemente und des Entwurfs analoger Schaltungen, die in der vorangegangenen Phase erfolgreich zusammengearbeitet haben, gemeinsam ein hybrides CMOS-memristives sensorisches System entwickeln. Der Ersatz der Kondensatoren im TDE durch memristive Bauelemente eröffnet die Möglichkeit, einen Bereich von Zeitkonstanten (von Millisekunden bis zu Sekunden) zu erforschen, der in einem reinen CMOS-System nicht möglich ist. Der Zugang zu einem weiten Bereich von Zeitkonstanten ermöglicht die nahtlose Integration von sensorischen Modalitäten, die sich durch eine sehr unterschiedliche zeitliche Dynamik auszeichnen (z. B. Sehen und Riechen). In der Verlängerung des Projekts werden wir wichtige Fortschritte im physikalischen Verständnis und der Herstellung flüchtiger Memristoren, sowie in der Entwicklung effizienter ereignisbasierter Sensorschaltungen, Algorithmen und Systeme konsolidieren. Diese Konsolidierung wird eine solide Grundlage für mehrere Innovationen bilden. Insbesondere werden wir die in der ersten Phase entwickelten hochzuverlässigen, CMOS-kompatiblen Bauelemente an die Anforderungen der MemTDE-Schaltung in Bezug auf Abklingzeit, Strom- und Spannungspegel sowie Bauelementgröße anpassen. Wir werden das Wissen über den physikalischen Ursprung der Abklingzeit, das wir im vorherigen Zeitraum gewonnen haben, nutzen, um memristive Materialstapel mit Abklingzeiten bis in den Sekundenbereich zu entwickeln. Neue, leistungsfähige Verhaltensmodelle für die memristiven Zellen, werden dazu dienen, ein hybrides integriertes TDE-System zu entwerfen und herzustellen. Auf der rechnerischen Seite werden wir den Stand der Technik bei der ereignisbasierten sensorischen Verarbeitung vorantreiben und neue Ansätze für sensorisch-motorische Schleifen in künstlichen Agenten untersuchen. Schließlich ebnet die Einbettung der neuartigen Algorithmen in die realisierten Systeme den Weg für die Entwicklung neuer Technologien für dezentrale Rechenanwendungen und künstliche Agenten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Niederlande
