Yarı iletkenler ve insansı sinir sistemi

Tarafından: Michael Munsey, Siemens Digital Industries Software Yarı İletkenler Başkan Yardımcısı

Yarı iletkenler ve yapay zeka (AI) alanındaki ilerlemeler sayesinde yeni nesil insansı robotlar bilim kurgu dünyasından fabrika zemnine doğru ilerliyor. Ancak orijinal ekipman üreticileri (OEM) için fırsat yalnızca görebilen, hissedebilen ve algılayabilen makineler inşa etmek değil; gerçek dünya ortamlarında güvenilir bir şekilde hareket edebilen ve zamanla iyileşebilen karmaşık, yazılım tanımlı sistemler mühendislik yapmaktır.

İş yerinde işbirlikçi araçlar olarak etkinlikleri sadece fiziksel çeviklikten daha fazlasına bağlı olacaktır. İnsansız robotların karmaşık, gerçek zamanlı iş yüklerini işleyebilen, yazılım ve donanım kararlarını koordine edebilen ve dinamik ortamlarda güvenli davranışı destekleyen güçlü yarı iletken tabanlı hesaplama platformlarına ihtiyacı vardır. İnsansız robotların başarılı entegrasyonu, robotların değişen ortamlara uyum sağlamasını ve güvenli çalışma koşullarını korurken çeşitli görevleri yerine getirmesini sağlayan güçlü bilgi işlem mimarilerine dayanacaktır.

Yazılım tanımlı sistemlerin doruğu

Üreticiler için bu, önemli bir değişimin işaretidir. İnsansız robotlar yalnızca başka bir robot sınıfı değildir; yazılım tanımlı ürünler ve AI’dan ileri yarı iletken tasarımı ve bağlı otomasyona kadar birçok alanın birleşim noktasını temsil eder. Bu karmaşıklığı yönetmek, çip mimarisinden bitmiş makineye ve nihayetinde konuşlandırılan filo’ya kadar disiplinler arası kararları bağlayan dijital bir iplik gerektirir.

İnsansız robotlarla ilgili ilgilerin çoğu form faktörlerine odaklanır. İnsan-merkezli tasarımları önemlidir çünkü birçok ortam insan ölçeği, erişim mesafesi ve hareketine göre inşa edilmiştir. Sonuç olarak, organizasyonlar insansız robotları mevcut iş yerlerine minimum kesintiyle dahil edebilir.

Bununla birlikte form faktörü yalnızca tablonun yarısıdır. Tamamen AI sayesinde mümkün olan insansız robot zekâsı ve uyarlanabilirliği, onları diğer otomatik yönlendirmeli araçlardan ya da otonom mobil robotlardan ayırır. İnsansız robotlar temelde yazılım tanımlı ürünlerdir; donanım ve yazılım ilerlemelerinin birleşimi sayesinde mümkün olur. Ayrıca, batarya verimliliği, yarı iletken performansı ve AI yeteneklerindeki iyileşmeler, insansız robot sistemlerinin artık pratik ve ölçeklenebilir bir seviyeye ulaşmasını sağlamıştır.

Görüş sensörleri, algı modelleri ve kontrol sistemlerindeki son gelişmeler, makinelerin çevrelerini daha iyi tanımasına yardımcı olmuştur. Fiziksel AI, algıyı, sensör geri bildirimini ve hareket planlamasını birleştirerek robotların gerçek dünya ortamlarıyla etkileşime girmesini sağlar. İnsansız robotlar için zeka, bir nesneyi tanımanın ötesine geçmeli; bağlam içinde güvenli bir şekilde nasıl yanıt verileceğine karar vermelidir. Fiziksel AI ile güçlendirilmiş insansız robotlar, sonunda eski ortamlarda çalışabilir ve çeşitli görev tiplerini başarıyla tamamlayabilir. Ancak bu esneklik, sürekli eğitim ve doğrulamaya bağlıdır. Tek seferlik sabit bir görev için programlanmak yerine, geleceğin insansız robotları simüle edilmiş ve gerçek dünya deneyimlerinden öğrenerek, her güncelleme daha geniş bir dağıtıma önceden güvenlik ve güvenilirlik gereksinimleriyle test edildikten sonra uygulanacaktır.

İnsan çalışanlar gibi, insansız robotların da çalışacakları ortamlara hazırlanması gerekir. Zorluk, çoğu insan-merkezli ortamın nadiren statik olmasıdır. İşte AI devreye girerek insansız robotların önceki deneyimlerden genelleme yaparak yeni senaryolara uyum sağlamasına yardımcı olur. AI kullanarak insansız robotları eğiten işletmeler, robotların çeşitli görevleri yerine getirebileceğinden ve öngörülemeyen ortamlarda sürekli öğrenebileceğinden emin olabilir. Bu düzeyde uyarlanabilirlik yalnızca yarı iletkenler sayesinde mümkündür. Yarı iletkenler, birden çok duyusal veri akışını gerçek zamanlı motor geri bildirimiyle koordine ederken işleyebilen bir bilgi işlem temeli sağlar. Fiziksel AI, insansız robotlara bir başka hesaplama karmaşıklığı katmanı ekler. Hesaplama mimarisi yalnızca akıl yürütme ve karar verme değil, aynı zamanda sürekli duyusal veri akışlarını ve motor-kontrol geri bildirimini de işlemek zorundadır; bu da birden çok sistemi aynı anda ve gerçek zamanlı koordine edebilen yüksek entegrasyonlu donanım-yazılım mimarileri gerektirir.

İnsansız sinir sisteminin mühendisliği

Karmaşık hesaplama performansını etkinleştirmenin ötesinde, insansız robot yarı iletkenlerinin zorlu ortamlarda güvenilir bir şekilde çalışması gerekir. Fabrika katları, veri merkezleri ve yüksek elektriksel parazitli lokasyonlar ısı ve parazit oluşturabilir; bu da insansız robotların çalışma şeklini etkileyebilir. Daha fazla yazılım ve AI iş yükü işlemcilerde çalıştıkça, soğutma giderek daha önemli bir tasarım kısıtı haline gelir ve yarı iletken performansının temel sınırlaması olmaya devam eder. Bazı işletmeler, iş yüklerini çeşitli silikon tipleri arasında daha verimli dağıtarak ısıyı azaltan benzersiz paketleme teknikleri uygulamış ve umut verici sonuçlar elde etmiştir. Örneğin, heterojen entegre devreler (IC’ler) tek bir pakette birden çok çipi birleştirir ve üst üste yığar. Bu çipler görevleri hesaplama yoğunluğuna göre ayırır ve daha az yoğun süreçleri daha yavaş çalışan silikon parçalarında çalıştırır; böylece bu bölümlerin sıcaklığı düşer ve paket bütününün sıcaklık profili daha düşük olur. Verimli yarı iletken çalışması yalnızca verimli operasyonları garanti etmekten ibaret değildir; aynı zamanda insan çalışanların güvenliğini sağlamak da kritiktir. İnsansız robotların, bir görevi yürütmekten anında çarpışmayı önlemeye veya yakındaki bir kişiyi korumaya geçiş yapabilmek gibi milisaniye kararlar alabilmesi için yeterli bilgi işlem gücüne ihtiyacı vardır. Bu, bu hızlı öncelik değişikliklerini tereddütsüz destekleyecek bir yazılım ve işlem mimarisini gerektirir.

İşte dijital ipliğin burada hayati öneme sahip olduğu noktadır. Yazılım davranışı, mekanik tasarım, güvenlik mantığı ve üretim hazırlığıyla ilgili her karar, yarı iletken mimarisini etkiler. Bu kararları yaşam döngüsü boyunca bağlamak, mühendislik ekiplerinin karmaşıklığı yönetmesine ve kavramdan konuşluğa daha büyük bir güvenle geçmesine yardımcı olur.

Mühendisler, güvenilirliği artırmak ve performans sorunlarını önlemek için çevresel koşulları yarı iletken tasarım sürecinin erken aşamalarında dikkate almalıdır. Kapsamlı bir Dijital İkiz, mühendislerin fiziksel donanım üretilmeden önce tüm insansız robot sistemini modellemesine ve doğrulamasına olanak tanır. Mühendisler, ticaret çalışmaları yapabilir, gereksinimleri tahsis edebilir ve yazılım/donanım kararlarını geliştirme aşamasında değerlendirebilir. Takımlar, yazılımı sanal donanımla sürekli test edebilir, çipin termal performansını değerlendirebilir, enerji tüketimini analiz edebilir ve geliştirme boyunca güvenlik gereksinimlerini doğrulayabilir. Ayrıca, Dijital İkiz robotun konuşlandırma sonrası öğrenme sürecini destekleyebilir. İnsansız robotlar yazılım güncellemeleri ve AI-tabanlı iyileştirmeler aldıkça, mühendisler bu değişiklikleri fiziksel operasyonlara sokmadan önce sanal ortamda doğrulayabilir. Zamanla, doğrulanmış iyileştirmeler bir filo arasında paylaşılabilir, simülasyon ve gerçek-dünya performansı arasında bir geri besleme döngüsü oluşturur. Bu döngü, yazılım tanımlı sistemleri güçlü kılar: zamanla gelişebilirler ve geniş ölçekli kullanım için gerekli yönetişimi korurlar.

Ölçeklenebilir insansız robotlar için yarı iletken temeli

Yarı iletkenler, insansız robotların endüstriyel ölçekte pratik olmasını sağlayan temeldir. Özünde, insansız robotlar yazılım tanımlı sistemlerdir; yetenekleri büyük ölçüde yalnızca mekanik donanımdan ziyade yazılım, elektronik ve mekanik entegrasyonundan gelir. Yarı iletken teknolojisindeki sürekli ilerlemeler olmadan, insansız robotlar mümkün olmazdı. Doğru dijital mühendislik yaklaşımıyla ise pilot aşamadan üretime geçebilirler. Yarı iletkenler ve fiziksel AI’deki gelişmeler, AI-güçlendirilmiş yükseltmeler ve kapsamlı Dijital İkiz ile birlikte, Siemens olarak zamanla daha akıllı, daha güvenli ve daha yetenekli insansız robotlar hayal ediyoruz. Başarılı olacak şirketler, insansız robotları bağımsız makineler olarak değil, karmaşık endüstriyel sistemler olarak görenler olacaktır.

Yarı iletkenler ve insansız sinir sistemi hakkında daha fazla bilgi için The Industry Forward Podcast’i izleyin: Inside humanoid robotics: software and semiconductors – Siemens Software Podcast Network.

Siemens’in Dijital İkiz’i kullanarak ortaklarımızın bir sonraki insansız robot filosunu tasarlamalarına ve konuşlandırmalarına nasıl yardımcı olduğunu öğrenmek için buraya tıklayın.

Yazar hakkında:

2021’de Siemens’e katılmadan önce, Munsey yarı iletken ve elektronik endüstrilerinde sorumluluğu artan pozisyonlarda çalıştı; çapraz fonksiyonel ekipleri yönlendirmek, yeni bölgelerde iş geliştirme yürütmek ve kurumsal strateji vizyonu belirlemek gibi görevler üstlendi. 35 yıldan fazla bir süre önce IBM’de tasarımcı olarak kariyerine başladı ve şu anda iki gezegende (Dünya ve Mars) kullanılan ürünlere katkıda bulunmuş olma ayrıcalığına sahiptir; Mars Rover’daki çalışması sayesinde Mars’tır.

Munsey, Tufts University’den Elektrik ve Elektronik Mühendisliği (BSEE) derecesine sahiptir.

Michael ile Bağlantı Kurun

Siemens Digital Industries Software tarafından sponsorlu içerik

The post Semiconductors and the humanoid nervous system appeared first on Engineering.com.