アナログハードウェアがIoTの速度問題を解決する可能性を示す新研究(New UMass Amherst-Led Study Shows that Analog Hardware May Solve Internet of Things’ Speedbumps and Bottlenecks)

2026-01-21 マサチューセッツ大学アマースト校

マサチューセッツ大学アマースト校(UMass Amherst)が主導する新たな研究により、アナログハードウェアがモノのインターネット(IoT)における処理速度と電力消費の課題を解決する可能性が示された。現在のIoTデバイスは、デジタル演算に依存するため、通信遅延や消費電力の増大がボトルネックとなっている。研究チームは、物理現象そのものを計算に利用するアナログ回路を用い、信号処理や最適化問題を高速かつ低消費電力で実行できることを理論的・実験的に示した。この手法では、データをクラウドに送らずデバイス側で処理できるため、エッジコンピューティングの効率化にもつながる。成果は、将来のIoT、スマートセンサー、分散型AIシステムの設計指針を変える可能性があるとして注目されている。

<関連情報>

柔軟な触覚センサーとメモリスティブシステムを搭載したチップ上のイベントベースのニューロモルフィックセンシングシステム Event-based neuromorphic sensing system with flexible haptic sensors and a memristive system on a chip

Wuyu Zhao,Yi Huang,Amit Tewari,Alireza Jaberi Rad,Andrew Zhang,Ning Ge,J. Joshua Yang,Miao Hu,Sayani Majumdar & Qiangfei Xia
Nature Sensers  Published:19 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44460-025-00013-z

アナログハードウェアがIoTの速度問題を解決する可能性を示す新研究(New UMass Amherst-Led Study Shows that Analog Hardware May Solve Internet of Things’ Speedbumps and Bottlenecks)

Abstract

The rapid growth of Internet of Things applications has substantially increased the number of connected sensors and data volume, yet conventional digital conversion and transmission systems impose high energy and latency costs. Here we develop a neuromorphic sensing system integrating a flexible piezoelectric haptic sensor array, event-triggered preprocessing circuitry and a memristive system on a chip. The circuitry transforms transient voltage spikes from sensor pixels into decaying voltage waveforms, generating a time surface for event-based analogue in-memory computing within the chip. Our system achieves 87%–92% recognition accuracy for patterns written on the sensor array and reduces the energy-delay product during inference compared with conventional digital platforms. These results highlight the potential of the memristive system on a chip for energy-efficient, low-latency edge processing of analogue sensor data, advancing intelligent sensing technologies.

 

高速ピクセル内コンピューティングのためのメモリスティブセルラーニューラルネットワーク Memristive cellular neural networks for fast in-pixel computing

Vignesh Ravichandran,Yi Huang,Bryce Flannery,Tergel Molom-Ochir,Tina Maurer,Shiva Asapu,Ali Abdel-Maksoud,Nia Heermance,Remy Yoo,Joshua Tackie,Wuyu Zhao,Yunzhi Ling,Alex Guo,J. Joshua Yang & Qiangfei Xia
Nature Electronics  Published:19 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-025-01555-3

Abstract

Cellular neural networks, inspired in part by the biological retina, offer a potential route to massively parallel analogue computing. However, the hardware implementation of such systems remains challenging. Here we report memristor-based cellular neural networks for image and video processing applications. We develop a Python-based digital twin for network simulations and as a graphical user interface for controlling the fabricated hardware. Simulations using the digital twin illustrate the network’s capabilities in image processing and in solving partial differential equations. We build hardware through the tape-out of a transistor-based network and the fabrication of a circuit board with multilevel non-volatile memristors as the synapses. We show that the hardware can be used to run image processing tasks including edge and horizontal line detection.

1600情報工学一般
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