Neuronica Laboratory: Artificial Neural Networks and Smart Sensors Neuronica Laboratory: Artificial Neural Networks and Smart Sensorswww.neuronica.polito.it Prof. Eros Pasero, Professor Prof. Eros Pasero, Professor Ing. Luca Mesin, Researcher Ing. Luca Mesin, Researcher Ing. Amedeo Troiano, Assistant Researcher Ing. Amedeo Troiano, Assistant Researcher Ing. Paolo Motto Ros, Assistant Researcher Ing. Paolo Motto Ros, Assistant Researcher Ing. Matteo Colangeli, Assistant Researcher Ing. Matteo Colangeli, Assistant Researcher Ing. Francesco Rugiano, Ph.D. Student Ing. Francesco Rugiano, Ph.D. Student Ing. Siamak Aram, Ing. Ph.D. Student Ing. Siamak Aram, Ing. Ph.D. Student Ing. Ikram Ullah, Ph.D. Student Ing. Ikram Ullah, Ph.D. Student Ing. Emanuele Bellocchia, Ph.D. Student Ing. Emanuele Bellocchia, Ph.D. Student Franco Mancino, laboratory technician Franco Mancino, laboratory technician

Outline: NEURale elettrONICA ELETTRONICA: sensori speciali, analogici e digitali: ELETTRONICA: sensori speciali, analogici e digitali: 1.Temperatura, Umidità relativa. Pressione, Radiazione Solare, Vento (velocità, direzione), Pioggia, Neve, Nebbia, Ghiaccio 2.CO2, CO, NOx, Cov, inquinanti Progetto completo: specifiche, circuito, firmware, PCB, caratterizzazione in camera climatica

Sistemi Neurali Artificiali 1990 Fondatore SIREN (Società Italiana Reti Neuroniche) 1990 Fondatore SIREN (Società Italiana Reti Neuroniche) I brevetto americano/europeo neurone su silicio I brevetto americano/europeo neurone su silicio G. MAROTTA; PASERO E.G., Voltage-current conversion circuit employing MOS transistor cells as synapses of neural network, 1995 I brevetto americano/europeo sinapsi su silicio I brevetto americano/europeo sinapsi su silicio G. IMONDI; G. MAROTTA; PASERO E.G.; G. SAVARESE, Integrated circuit with non-volatile, variable resistor, for use in neuronic network, 1992 v. General Chairman IEEE IJCNN 2000 (International Joint Conference on Neural Networks) v. General Chairman IEEE IJCNN 2000 (International Joint Conference on Neural Networks) Responsabile scientifico di decine di progetti su realizzazione e applicazione di reti neurali artificiali (sw e hw) Responsabile scientifico di decine di progetti su realizzazione e applicazione di reti neurali artificiali (sw e hw) Attualmente coinvolto sull’evoluzione dell’ingegneria neuromorfica Attualmente coinvolto sull’evoluzione dell’ingegneria neuromorfica

Dal neurone biologico al neurone connessionista Neurone biologico Mc-Culloch & Pitts => Perceptron, Machine learning

Dal neurone biologico all’approccio neuromorfico Sinapsi biologica Modello di Hodgkin e Huxley: depolarizzazione della membrana cellulare Più preciso di McCulloch & Pitts e più «circuit oriented» Pompe ioniche => generatori di V Cambio di permettività dei canali ionici => R, C

Hodgkin e Huxley: CMOS implementation 7

collaborazioni Organizzatore Special Session a WIRN 2011 «Ingegneria Neuromorfica» Organizzatore Special Session a WIRN 2011 «Ingegneria Neuromorfica» Invited speaker presso scuola ingegneria neuromorfica Capo Caccia aprile 2011 Invited speaker presso scuola ingegneria neuromorfica Capo Caccia aprile 2011 Corso di dottorato su reti neurali artificiali a Univ. Udine Corso di dottorato su reti neurali artificiali a Univ. Udine Organizzazione corso di ingegneria neuromorfica scuola di dottorato POLITO 2011 (Giacomo Indiveri, Elisabetta Chicca) Organizzazione corso di ingegneria neuromorfica scuola di dottorato POLITO 2011 (Giacomo Indiveri, Elisabetta Chicca) ETH Zurigo. Retina artificiale, sviluppi neuromorfi. Collaborazione con Giacomo Indiveri ETH Zurigo. Retina artificiale, sviluppi neuromorfi. Collaborazione con Giacomo Indiveri Corso di «sensori e circuiti neuromorfi» al Master MAMETEK dell’ università mediterranea Corso di «sensori e circuiti neuromorfi» al Master MAMETEK dell’ università mediterranea

Research projects ITACA: – –Artificial Neural Networks for coffee grinding – –Artificial Neural Networks to recognize defects in XRAY hazelnuts images AWIS: artificial neural networks for short term meteorological forecast (nowcasting) THOR : artificial neural networks for power management in electrical cars STIPER (INFN): artificial neural networks to read printed characters and translate to Braille ANNIE: artificial neural networks for integrated ergonomics

Prossime Attività in HBP (Human Brain Project) HW/SW codesign HW/SW codesign Dal modello al circuito Dal modello al circuito Reti neurali asincrone => FPGA Reti neurali asincrone => FPGA Circuiti neuromorfi: Circuiti neuromorfi: –Memristor –Retina artificiale ETH –Neurochip applicazioni applicazioni