電波物理学を活用したスマートエッジデバイスの開発(Using the Physics of Radio Waves to Empower Smarter Edge Devices)

2026-01-09 デューク大学

デューク大学プラット工学部の研究チームは、電波(ラジオ波)の物理特性を活用してエッジデバイスをより賢く動作させる新手法を提案した。従来のエッジAIは、限られた計算資源と消費電力の制約から、クラウド依存や推論精度の低下が課題だった。本研究では、無線通信で不可避に生じる電波の反射・散乱・干渉といった物理現象そのものを情報源として利用し、環境認識やデータ処理に組み込むアプローチを採用した。これにより、追加のセンサーや大規模計算を必要とせず、デバイス自身が周囲の状況を把握できる。研究成果は、IoT機器、スマートホーム、自動化システムなどでの低消費電力かつ高効率な分散知能の実現に貢献するものであり、通信と計算を一体として設計する新しいエッジコンピューティングの方向性を示している。

<関連情報>

無線周波数での物理計算による分散型機械学習 Disaggregated machine learning via in-physics computing at radio frequency

Zhihui Gao, Sri Krishna Vadlamani, Kfir Sulimany , Dirk Englund, and Tingjun Chen
Science Advances  Published:9 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adz0817

電波物理学を活用したスマートエッジデバイスの開発(Using the Physics of Radio Waves to Empower Smarter Edge Devices)

Abstract

Modern edge devices, such as cameras, drones, and internet-of-things nodes, rely on machine learning to enable a wide range of intelligent applications. However, deploying machine learning models directly on the often resource-constrained edge devices demands substantial memory footprints and computational power for real-time inference using traditional digital computing architectures. In this paper, we present WISE, computing architecture for wireless edge networks with two key innovations: disaggregated model access via over-the-air wireless broadcasting for simultaneous inference on multiple edge devices, and in-physics computation of general complex-valued matrix-vector multiplications directly at radio frequency driven by a single frequency mixer. Using a software-defined radio platform, WISE achieves 95.7% image classification accuracy (97.2% audio classification accuracy) with ultralow energy consumption of 6.0 fJ/MAC (2.8 fJ/MAC), which is more than 10× improvement compared to traditional digital computing, e.g., on modern GPUs.

1601コンピュータ工学
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