Dans des robots de la taille d'une paume, trois grands systèmes consomment de l'énergie :les moteurs et les contrôleurs utilisés pour entraîner et diriger les roues, le processeur, et le système de détection. Dans les voitures construites par l'équipe de Raychowdhury, l'ASIC de faible puissance signifie que les moteurs consomment la majeure partie de la puissance. « Nous avons pu abaisser la puissance de calcul à un niveau où le budget est dominé par les besoins des moteurs, " il a dit.

L'équipe travaille avec des collaborateurs sur des moteurs utilisant la technologie micro-électromécanique (MEMS) capable de fonctionner avec beaucoup moins de puissance que les moteurs conventionnels.

« Nous voudrions construire un système dans lequel la puissance de détection, communications et puissance informatique, et l'actionnement sont à peu près au même niveau, de l'ordre de centaines de milliwatts, " dit Raychowdhury, qui est le professeur agrégé ON Semiconductor à l'École de génie électrique et informatique. "Si nous pouvons construire ces robots de la taille d'une paume avec des moteurs et des contrôleurs efficaces, nous devrions être en mesure de fournir des autonomies de plusieurs heures avec quelques piles AA. Nous avons maintenant une bonne idée du type de plates-formes informatiques dont nous avons besoin pour fournir cela, mais nous avons encore besoin des autres composants pour rattraper leur retard."

Dans l'informatique dans le domaine temporel, l'information est transportée sur deux tensions différentes, codé dans la largeur des impulsions. Cela donne aux circuits les avantages d'efficacité énergétique des circuits analogiques avec la robustesse des appareils numériques.

"La taille de la puce est réduite de moitié, et la consommation d'énergie est un tiers de ce dont une puce numérique traditionnelle aurait besoin, " a déclaré Raychowdhury. " Nous avons utilisé plusieurs techniques dans les conceptions de logique et de mémoire pour réduire la consommation d'énergie jusqu'à la gamme des milliwatts tout en atteignant les performances cibles. "

Avec chaque largeur d'impulsion représentant une valeur différente, the system is slower than digital or analog devices, but Raychowdhury says the speed is sufficient for the small robots. (A milliwatt is a thousandth of a watt).

"For these control systems, we don't need circuits that operate at multiple gigahertz because the devices aren't moving that quickly, " he said. "We are sacrificing a little performance to get extreme power efficiencies. Even if the compute operates at 10 or 100 megahertz, that will be enough for our target applications."

The 65-nanometer CMOS chips accommodate both kinds of learning appropriate for a robot. The system can be programmed to follow model-based algorithms, and it can learn from its environment using a reinforcement system that encourages better and better performance over time—much like a child who learns to walk by bumping into things.

"You start the system out with a predetermined set of weights in the neural network so the robot can start from a good place and not crash immediately or give erroneous information, " Raychowdhury said. "When you deploy it in a new location, the environment will have some structures that it will recognize and some that the system will have to learn. The system will then make decisions on its own, and it will gauge the effectiveness of each decision to optimize its motion."

Communication between the robots allow them to collaborate to seek a target.

"In a collaborative environment, the robot not only needs to understand what it is doing, but also what others in the same group are doing, " he said. "They will be working to maximize the total reward of the group as opposed to the reward of the individual."

With their ISSCC demonstration providing a proof-of-concept, the team is continuing to optimize designs and is working on a system-on-chip to integrate the computation and control circuitry.

"We want to enable more and more functionality in these small robots, " Raychowdhury added. "We have shown what is possible, and what we have done will now need to be augmented by other innovations."