Materiaal dat luistert: doorbraak in spraakherkenning

De publicatie van prof. Wilfred van der Wiel en collega’s verschijnt vandaag in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Nature.

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.”

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.

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.

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.