Gömülü Sistemler: Yapay Zeka ve Sürdürülebilirlik İle Geleceğe Bakış

14-16 Mart 2023 tarihleri arasındaki gömülü dünya Sergi ve Konferansı'nda Fraunhofer enstitüsü, uç yapay zeka, sürdürülebilir sistemler ve sensör ve sistem tasarımı alanlarındaki gelişmelerini; Salon 4, Stand 422'de sunacak. Slogan ise;  "akıllı-verimli-sürdürülebilir."

Araçlardan endüstriyel tesislere ve ev aletlerine kadar gömülü sistemler, günlük yaşamın birçok yönünün ayrılmaz bir parçasıdır ve önemli kontrol, düzenleme ve bilgi işleme görevlerini üstlenmektedir. Bileşenler ve modüller, işletim sistemleri, donanım ve yazılım tasarımından makineden makineye (M2M) iletişim, hizmetler ve karmaşık sistem tasarımlarına kadar her yerde bulunurlar. Farklı ortamlarda ve uygulamalarda optimum performans elde etmek için gömülü sistemlerin hem kompakt hem de akıllı olması ve özellikle kaynak tasarrufu sağlaması gerekir. Gömülü dünya 2023'te Fraunhofer-Gesellschaft'tan bilim insanları, nöromorfik çiplerden enerji kendi kendine yeten sensörlere kadar değişen gelişmeleri gösterecekler.

Edge AI: elektronik sistemler için yapay zeka

Akıllı, kendi kendine öğrenen gömülü sistemler, ister sporda giyilebilir cihazlar, akıllı hoparlörler, perakende satışta dijital çözümler veya endüstriyel makineler için durum izleme ile ilgili olsun, şirketlerin ürünlerini daha akıllı hale getirmelerinde giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Fraunhofer Entegre Devreler Enstitüsü IIS, embeddıf kullanıcılarına sunar.[aı] teknolojisi gömülü sistemler için AI çözümlerini hızla geliştirme fırsatı. Bu, yapay zeka uygulamalarının bir bulut sunucusundan bağımsız olarak çalıştırılmasını sağlar, böylece onları enerji açısından verimli hale getirir ve veri egemenliğini korur. Bu avantajlar, şirketlerin en küçük alanlarda çeşitli uygulamalar için yapay zeka kullanmasına olanak tanır.

Edge AI, uygulamalarda nöromorfik donanım mimarileri aracılığıyla da kullanılabilir. Örneğin, Fraunhofer II'lerdeki uzmanlar insan beyninden ilham alan yeni çip platformları geliştiriyorlar. Bir örnek, bilgiyi enerji verimli bir şekilde darbeler şeklinde işleyen çivili sinir ağlarıdır (SNN'ler). Gömülü dünya sergisini ziyaret edenler, bu mekanizmaları canlı bir 3D demoda hareket halinde görebilecekler.

Fraunhofer Mikroelektronik Devreler ve Sistemler Enstitüsü IMS, programlama dilinde geliştirilen platformdan bağımsız ve sürekli büyüyen bir makine öğrenimi kütüphanesi olan AIfES çözümünü sergileyecek C. AIfES, 8 bit mikrodenetleyicilerden akıllı telefonlara ve PC'lere kadar hemen hemen her donanımda çalışır. Gömülü RISC-V işlemcilerden oluşan AIRISC ailesini kullanan Fraunhofer IMS, sensör uygulamaları için güvenli ve verimli donanım ve müşteriye özel uzantıları kısa sürede uygulamak için gömülü yapay zeka sunarak özel uygulamalar için en uygun performansı sağlar.

Ek olarak, Fraunhofer IMS LiDAR fotodetektörünü sunacak. Bu akıllı "ışık toplayıcı", kapsamlı mesafe sensörleri geliştirmek için bireysel foton olaylarını kaydeder. Uçan bir deneysel platform olan Albacopter örneğini kullanan bilim adamları, bu dedektörün kentsel hareketlilik senaryolarında olası bir uygulamasını gösterecekler.

Sürdürülebilir sistemler: gömülü sistemlerin sürdürülebilirliği ve enerji verimliliği

Gömülü sistemler söz konusu olduğunda sürdürülebilirlik hem geliştirme hem de kullanım açısından önemli bir konudur. Enerji yoğun üretim süreçlerini optimize etmenin yanı sıra, kullanılan yazılımın güncellenebilirliği veya bir sistemin onarılıp onarılamayacağı veya tamamen değiştirilmesi gerekip gerekmediği sorusu gibi sürdürülebilirlik hususları, kaynakların korunması açısından önemlidir.

Embedded World'de, Fraunhofer IIS'nin Adaptif Sistemler Mühendisliği EAS enstitüsü şubesinden araştırmacılar, termal spektroskopi kullanarak erken hasar tespiti için bir yöntem sunacaklar. Geçici termal direnci ölçerek, bir entegre devrenin veya ayrı elektronik bileşenlerin gövdesindeki hasar, işlevsel bir arıza meydana gelmeden önce tespit edilebilir. Bu, bileşenin erken bir aşamada onarılmasını veya değiştirilmesini sağlar.

Enerji hasadı alanında Fraunhofer IIS, küçük elektronik tüketim cihazlarına enerji kendi kendine yeterliliği sağlamak için çevreden enerji kullanımına yönelik teknolojiler ve sistemler geliştiriyor ve araştırıyor. Bilim insanları, nesnelerin interneti (IoT) sensörünün sensörleri çalıştırması veya önemli ölçüde uzatması için makinelerden, cihazlardan veya yapılardan gelen titreşimlerden ve borular, hatlar veya valfler ile çevre arasındaki sıcaklık farklılıklarından yeterli enerjiyi toplayabilir.

Fraunhofer IIS tarafından geliştirilen RF teknolojisi, geleneksel uyandırma alıcılarının uzun yanıt sürelerini geçmişte bırakıyor. Havaalanları veya tren istasyonları uygulamaları gibi, aynı anda çalışan veya önce birden fazla düğüme istek gönderilmesini gerektiren çok sayıda zaman açısından kritik uygulamanın yanı sıra IoT hizmetleri, 30 milisaniyelik bir yanıt süresinden, yani bir sinyale bir eylemle yanıt vermek için gereken süreden yararlanacaktır. Çip tarafından hızlı bir yanıt ve düşük tüketim birbirini dışlamaz ve aslında sürekli çalışan bir sistemin güç tüketiminde yüzde 99'a varan tasarruf sağlar.

Dağıtılmış elektronik sistemlerin minyatürleştirilmesinin arttırılması, yeterli bir enerji arzının sağlanması açısından giderek daha fazla zorluk yaratmaktadır. Yeşil BİT bağlamında — yani enerji tasarrufu sağlayan bilgi ve iletişim teknolojisi elektroniği - Fraunhofer Güvenilirlik ve Mikro Entegrasyon Enstitüsü IZM, sistem karakterizasyonu ve enerji tasarruflu donanım tasarımından enerji açısından optimize edilmiş ürün yazılımı tasarımına kadar çeşitli konuları ele alır. Fraunhofer İZM ekibi, kaynaktan uygun işleme ve ara depolamaya, değişken yüklere kadar tüm enerji dönüşüm zincirini modeller ve parametrelendirir.

Sensör ve sistem tasarımı: mikroçip ve sensörlerin geliştirilmesi

Gömülü endüstrinin temel yönlerinden biri, entegre devrelerin ve sensörlerin ihtiyaç temelli ve yenilikçi geliştirilmesidir. Fraunhofer Organik Elektronik, Elektron Işını ve Plazma Teknolojisi Enstitüsü FEP, uygulamaya özel yeni mikro ekranlar ve sensörler için yenilikçi IC ve arka panel tasarımını sunacak. Ziyaretçiler, örneğin termal görüntüleme ve artırılmış gerçeklik uygulamalarında çeşitli OLED mikro ekranların pratik uygulamalarını kendileri görebilecekler. Güvenlik kasklarında kullanılabilen, örneğin elektronik ve uçak yapımında endüstriyel uygulamalar için güvenilir bir artırılmış gerçeklik (AR) sistemi, kullanılan OLED mikro ekranların yüksek parlaklık seviyesini ve düşük güç tüketimini gösterir. Ayrıca, 64 microdisplay yongası takılı olan yeni bir değerlendirme test panosu müşterilere sunulacak. Bireysel değerlendirme kitleriyle karşılaştırıldığında, yeni geliştirme fikirlerini ve bunların yeni başlayanlarda, küçük ve orta ölçekli işletmelerde ve hatta büyük şirketlerde hızlı bir şekilde uygulanmasını desteklemesi amaçlanmıştır.

Sensör ve sistem tasarımı açısından Fraunhofer IIS, endüstriyel uygulamaların sürekli değişen gereksinimleri için özel çözümler sunacak. Odak noktası, giderek karmaşıklaşan elektronik sistemleri desteklemek için karma sinyalli ASIC'lerin (uygulamaya özel entegre devreler), akıllı entegre sensör sistemlerinin ve tasarım çözümlerinin geliştirilmesi olacaktır.

Yazılımın çevik gelişimini kolaylaştırmak için gömülü sistemlerin derin SıL (döngüdeki yazılım) testi gereklidir. Uyarlanabilir Sistemler Mühendisliği EAS enstitüsü şubesindeki araştırmacılar, donanımsız derin bir yazılım testi yapmak için kullanılabilecek sanal donanım modelleri sunar, böylece sistemin sağlamlığı en baştan artırılabilir.

Fraunhofer IZM, kablosuz sensör ve radar sensör sistemleri için konsept fikirlerini hızlı bir şekilde test etmeyi ve doğrulamayı mümkün kılan iki tak ve çalıştır sensör platformu sunacak. Araştırmacılar, radar projelerinin verimli bir şekilde uygulanmasını sağlayan 24, 60 ve 79 GHz uygulamaları için evrensel bir radar platformu sergileyecekler. Platform, 0,1 ila 260 metre arasında değişen ve 10 ° 'den düşük açısal çözünürlüklere sahip uygulamaların geliştirilmesini sağlar. Sensör-aktüatör platformu "Swarmy", veri toplama, değerlendirme ve görüntüleme özelliklerine sahip çeşitli ortak ölçülen değişkenler elde etmek için modüler sensör yapıları kullanır. Bu platform endüstriyel ortam için tasarlanmıştır.

Fraunhofer'in gömülü endüstri ile ilgili  yukarıda belirtilen çözümleri ve diğer çözümleri 14-16 Mart tarihleri arasında Salon 4'teki 422 numaralı Stantta görebilirsiniz.

Yazar: Roman Möhlmann – Fraunhofer - Bilim İletişimi Bölüm Müdürü