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Aujourd’hui — 4 juin 2020Vos flux RSS

Can Software Performance Engineering Save Us From the End of Moore’s Law?

Par Charles E. Leiserson

This is a guest post. The views expressed here are solely those of the authors and do not represent positions of IEEE Spectrum or the IEEE.

In the early years of aviation, one might have been forgiven for envisioning a future of ever-faster planes. Speeds had grown from 50 kilometers per hour for the Wright brothers in 1903, to about 1000 kph for a Boeing 707 in the 1960s. But since then, commercial aircraft speeds have stagnated because higher speeds make planes so energy-inefficient.

Today’s computers suffer from a similar issue. For decades, our ability to miniaturize components led to us doubling the number of transistors on a silicon chip every two years or so. This phenomenon, known as Moore’s Law (named after Intel co-founder Gordon Moore), has made computing exponentially cheaper and more powerful for decades. But we’re now reaching the limits of miniaturization, and so computing performance is stagnating.

This is a problem. Had Moore’s Law ended 20 years ago, the processors in today’s computers would be roughly 1000 times less powerful, and we wouldn’t have iPhones, Alexa or movie-streaming. What innovations might we miss out on 20 years from now if we can’t continue to improve computing performance? 

In recent years, researchers like us have been scratching our heads about what to do next. Some hope that the answer is new technologies like quantum computing, carbon nanotubes, or photonic computing. But after several years studying the situation with other experts at MIT, we believe those solutions are uncertain and could be many years in the making. In the interim, we shouldn’t count on a complete reinvention of the computer chip; we should re-code the software that runs on it. 

As we outline in an article this week in Science, for years programmers haven’t had to worry about making code run faster, because Moore's Law did that for them. And so they took shortcuts, prioritizing their ability to write code quickly over the ability of computers to run that code as fast as possible. 

For example, many developers use techniques like “reduction”: taking code that worked on problem A, and using it to solve problem B, even if it is an inefficient way of doing it. Suppose you want to build a Siri-like system to recognize yes-or-no voice commands. Instead of building a custom program to do that, you might be tempted to use an existing program that recognizes a wide range of words, and tweak it to respond only to yes-or-no answers.

The good news is that this approach helps you write code faster. The bad news: It sometimes yields a staggering amount of inefficiency. And inefficiencies can quickly compound.  If a single reduction is 80 percent as efficient as a custom solution, and you write a program with twenty layers of reduction, the code will be 100 times less efficient than it could be.

This is no mere thought experiment. Being able to make further advances in fields like machine learning, robotics, and virtual reality will require huge amounts of computational power. If we want to harness the full potential of these technologies, we have to make changes.  As our Science article suggests, there are opportunities in developing new algorithms and streamlining computer hardware. But for most companies, the most practical way to get more computing performance is through software performance engineering—that is, making software more efficient. 

One performance engineering strategy is to “parallelize” code. Most existing software has been designed using decades-old models that assume processors can only perform one operation at a time. That’s inefficient because modern processors can do many calculations at the same time by using multiple cores on each chip, and there is parallelism built into each core as well. Strategies like parallel computing can allow some complex tasks to be completed hundreds of times faster and in a much more energy-efficient way.

While software performance engineering may be the best path forward, it won’t be an easy one. Updating existing programs to run more quickly is a huge undertaking, especially with a shortage of coders trained in parallel programming and other performance-engineering strategies. Moreover, leaders of forward-looking companies must fight against the institutional inertia of doing things how they’ve always been done. 

Nimble tech giants like Google and Amazon have already gotten this memo. The massive scale of their data centers means that even small improvements in software performance can yield big financial returns. Where these companies have led, the rest of the world must follow. For application developers, efficiency can no longer be ignored when rolling out new features and functionality. For companies, it may mean replacing long-standing software systems that are just barely eking along.

Performance engineering will be riskier than Moore’s Law ever was. Companies may not know the benefits of their efforts until after they’ve invested substantial programmer time. And speed-ups may be sporadic, uneven, and unpredictable. But as we reach the physical limits of microprocessors, focusing on software performance engineering seems like the best option for most programmers to get more out of their computers.

The end of Moore’s Law doesn’t mean your laptop is about to grind to a halt. But if we want to make real progress in fields like artificial intelligence and robotics, we must get more creative and spend the time needed to performance engineer our software.

About the Authors:

Charles E. Leiseron is a professor of computer science and engineering at MIT and an IEEE Fellow; Tao B. Schardl and Neil C. Thompson are research scientists at MIT.

VIDÉO. Après-Covid : Pierre Chevelle dévoile le monde dont il rêve

Par Pierre Chevelle
Suite à la crise de Covid-19 et au fameux "monde d'après" dont on entent tant parler, Pierre Chevelle nous donne sa vision des choses.

Une pétition contre la proposition de loi visant à interdire la diffusion de photos de la police

Par Mégane Bouron
Une adolescente de 17 ans a lancé une pétition contre la proposition de loi d’Éric Ciotti visant à empêcher la diffusion d'images de violences policières.

VIDÉO. Rencontre avec Jeronimo, 71 ans, « le dernier chaman d’Argentine »

Par Sarah Vidal
À 71 ans, Jeronimo est né dans la région de Chaco, en Argentine. Il se présente comme étant l'unique et dernier chaman d'Argentine. Rencontre.

Une étudiante américaine atteinte du syndrome de Rett nommée major de promotion

Par Frédéric Ballay

Molly Paris a été diagnostiquée avec le syndrome de Rett à l'âge de 3 ans. Aujourd'hui, la jeune femme de 18 ans vient tout juste d’être diplômée de la « Foundation Academy » située à Jacksonville en Floride en obtenant le titre de major de promotion.

Cet article Une étudiante américaine atteinte du syndrome de Rett nommée major de promotion est apparu en premier sur Pepsnews -News positives.

Un catholique peut-il apostasier?

Par Réponses catholiques

Comment est “traité” l’apostasie dans la religion chrétienne et plus spécifiquement, de manière catholique ? Je pose cette question car un musulman m’a interrogé sur cette question. J’ai expliqué, espérant ne pas m’être trompé, que nous respectons la liberté religieuse. Bien qu’il est possible que dans une Nation catholique, l’apostat peut-être “mis au ban” de la société par son entourage, mais que la société civile n’exprime pas les mêmes pratiques que les musulmans sur cette question. Ma réponse est-elle bonne?

Dans l’ensemble, la réponse est plutôt bonne, même si elle demande quelques précisions. L’apostasie est un péché très grave, peut-être le plus grave qui soit, puisqu’il consiste à renier Dieu, ce qui conduit à l’athéisme, ou le Christ, pour changer de religion ou aller vers une spiritualité pas forcément athée mais non religieuse, comme le font les adeptes des sagesses orientales et « nouvelles spiritualités », qui sont si nombreux de nos jours.

Par conséquent, l’apostasie peut conduire à l’excommunication. Cela dépend un peu des circonstances et du statut de l’apostat : si c’était sous la contrainte ou non, certaines influences, si c’était public ou privé, si l’apostat était un prêtre ou un fidèle laïc, s’il a prêché ou promu l’apostasie publiquement, entrainant d’autres à sa suite etc. Les conséquences ne sont pas du tout neutres sur le plan spirituel et ecclésial.

Il est important de le préciser pour ne pas mal interpréter le respect de la liberté de conscience, depuis Dignitas Humanae et le Concile de Vatican II. La liberté de conscience que l’auteur de la question a exposée, à juste titre, à son interlocuteur musulman, ce n’est pas non plus l’open bar du « spi ».

Il n’en reste pas moins que, surtout quand on compare à l’attitude de nombreux musulmans à ce propos, peut-être de l’Islam lui-même, l’Eglise catholique enseigne cette liberté de conscience. Un homme a le droit de chercher la vérité selon sa conscience.

S’il rejette sa foi catholique, ou sa foi tout court, les chrétiens sont invités à espérer qu’il soit appelé à s’en repentir, à prier avec ferveur pour cela et, autant que possible, à dialoguer avec lui pour l’amener à réfléchir. Il peut bien sûr arriver que certains se brouillent avec leur famille ou leurs amis, et soient exclus socialement. Mais, force est de constater que, dans nos sociétés occidentales, c’est plutôt l’inverse qui se produit : un athée qui découvre le Christ, ou simplement un catho tiède qui devient fervent risquent bien plus d’être mal vu par son entourage, de perdre des amis, de se disputer en famille etc.

Car, nous doutons fortement qu’il existe où que ce soit une « nation catholique ». Certes, la religion catholique est religion d’Etat dans quelques pays, comme à Monaco, mais ces cas sont rares. Et nous doutons encore plus fortement qu’un Monégasque qui cesserait d’être chrétien ait le moindre ennui. Dans des pays confessionnels comme le Liban, où la religion des citoyens est indiquée sur leurs papiers d’identité, bien des Libanais se disent « chrétien athée ». C’est une distinction entre le temporel et le spirituel que plusieurs Musulmans sont en peine de comprendre, ce qui est la source de nombreux problèmes.

Ce qu’il est important d’expliquer à un Musulman, c’est peut-être aussi que ce n’est pas une évolution récente de l’Eglise face à la déchristianisation : on prônerait la liberté de conscience et la possibilité d’apostasier tout simplement parce que les pouvoirs civils nous empêcheraient de faire autrement. Dès les premiers temps de l’Eglise, l’Eglise catholique (ce que les historiens et les patristiciens appellent la « Grande Eglise » par opposition aux divers groupes hérétiques) a accepté d’accueillir à nouveau ceux qui avaient apostasié sous la pression des persécutions. St Cyprien de Carthage (c’est l’occasion de rappeler en passant, à propos de Cyprien, que les gens étaient chrétiens au Maghreb avant la conquête musulmane et qu’un Maghrébin qui devient chrétien n’apostasie pas: il renoue avec la foi de ses pères), par exemple, a fortement combattu l’hérésie de Novatien, qui, lui, exigeait l’exclusion définitive des lapsi, ceux qui avaient accepté de sacrifier aux idoles pour échapper aux persécutions. L’Eglise prend en compte sur le temps long nos faiblesses, nos chutes et nos erreurs. En vue de notre repentir et notre rédemption jusqu’au dernier moment.

VIDÉO. Ce magnifique court-métrage aborde la question du deuil : un bijou de créativité

Par Mégane Bouron
Disperser des cendres funéraires en pleine mer est une pratique courante. Mais que deviennent-elles une fois jetées dans l'océan ? La réponse en images...

VIDÉO. Sexisme : chez Hawa, 17 ans, les hommes ne font rien

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Je n'ai que 17 ans, mais le sexisme, je connais déjà trop bien. À la maison, ma famille m'a assignée une place qui ne me convient plus.

VIDÉO. Après 13 ans de discrimination à l’embauche, Charlotte travaille en milieu ordinaire

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Après treize années de discrimination à l'embauche liée à son handicap, Charlotte a enfin pu trouver sa place dans le monde du travail.

Ce jeu grandeur nature vous emmène là où vous n’auriez jamais pensé mettre les pieds

Par Publi-Rédactionnel
Avec le jeu Drôle d'Expé, partez pour un Grand Voyage où et quand vous voulez, avec qui ça vous chante, sans aller loin ou même en restant ici...

«Lettre à mes amis blancs qui ne voient pas où est le problème» , par Virginie Despentes

Par Axel Leclercq
Mardi soir, l'écrivaine marchait aux côtés des manifestants anti-racisme. Un choix qu'elle explique de façon claire et percutante dans ce courrier.

Herbes aromatiques, fruits et légumes frais : cultivez-les facilement dans votre cuisine

Par Publi-Rédactionnel
Découvrez les produits URBAN CUISINE, pour permettre à chacun de cultiver ses fruits et légumes frais, directement chez soi.

VIDÉO. Aux portes de Paris, 400 ans d’agriculture urbaine sont menacés par le béton

Par Communauté
En Seine-Saint-Denis, des citoyens résistent à l’envahissement du béton. Ils protègent les Murs à Pêches, un héritage de 400 ans d’agriculture urbaine.

VIDÉO. Ce robot ménager anti-obsolescence programmée fonctionne sans électricité

Par Axel Leclercq
Conçu pour durer longtemps, cet appareil a été inventé par un étudiant allemand soucieux de l'impact écologique de ce que nous produisons et utilisons.

Un petit-fils crée des soins bio pour aider sa grand-mère à prendre sa retraite

Par sophie

@glowupskintreatment a été lancé par un petit-fils pour aider sa grand-mère de 76 ans à prendre sa retraite de son spa où elle a été maltraitée. Elle fabrique des produits végétaliens biologiques pour la peau depuis des années et les partage maintenant avec le monde et aide les gens à guérir les vergetures, l’eczéma, le psoriasis, la décoloration de la peau, la cellulite et bien plus encore! Tous les produits sont fabriqués à la main sur commande.

Son site: https://glowupskinproducts.com 

Bravo!

source: JDBN – crédit photo: capture Instagram

Recette: Poulet fermier et pommes de terre à la sauce à la crème de Dijon

Par sophie

Ingrédients pour 3:

  • 3 blancs de poulet fermier 
  • 2 cuillères à café d’assaisonnement de mélange italien OU Herbes de Provence 
  • sel et poivre au goût
  • 2 cuillères à soupe de beurre
  • 2 cuillère à soupe d’huile d’olive
  • 250g de pommes de terre grelots, coupées en deux ou en quartiers au besoin

Pour la sauce à la crème de Dijon:

  • 1 cuillère à soupe de beurre
  • 1 cuillère à café d’ail haché
  • 1 tasse de bouillon de poulet
  • 2 cuillères à soupe de moutarde de Dijon 
  • 1 tasse de crème épaisse 
  • 1/2 cuillère à café de sel, ou au goût
  • 1/4 cuillère à café de poivre noir concassé, ou au goût

Instructions:

Préchauffez le four à 200 degrés.

Préparez le poulet et les pommes de terre:

Mélanger le poulet et les pommes de terre dans un grand bol. Arroser d’une cuillère à soupe d’huile d’olive, mélanger pour enrober, puis assaisonner généreusement de sel et de poivre et du mélange d’assaisonnement italien ou d’herbes de Provence

Dans une grande poêle, faire fondre le beurre à feu moyen. Arroser de 1 cuillère à soupe d’huile d’olive et bien mélanger. 

Ajouter le poulet dans une moitié de la casserole, les pommes de terre dans l’autre moitié. Cuire pendant 3-4 minutes, retourner le poulet et cuire encore 3-4 minutes jusqu’à ce qu’il soit doré des deux côtés. Transférer le poulet et les pommes de terre dans une assiette et couvrir pour garder au chaud.

Préparez la sauce:

Dans la même poêle, faire fondre le beurre à feu moyen. Incorporer l’ail pendant 1 minute jusqu’à ce qu’il soit parfumé.

Incorporer le bouillon de poulet et la moutarde de Dijon, puis incorporer la crème épaisse, le sel et le poivre. Mélangez.

Remettez le poulet et les pommes de terre dans la casserole, en leur donnant un bon mélange dans la sauce pour les empêcher de sécher au four.

Transférer dans un four préchauffé et cuire au four pendant 15 à 20 minutes jusqu’à ce que le poulet soit bien cuit et que les pommes de terre soient tendres à la fourchette.

Verser la sauce dijon dans la poêle sur le poulet et les pommes de terre, garnir de poivre noir fraîchement concassé et d’herbes fraîches si désiré, et servir.

Bon ap!

 

source: @ cremedelacrumb1 – Librement traduit de l’anglais par JDBN – crédit photo: @ cremedelacrumb1

Discours poignant de Jane Fonda, soutien de la première heure de “Black Lives Matter”

Par sophie

Jane Fonda s’exprime sur Instagram :

“En mai 2018, j’ai prononcé ce discours lors de la conférence United States of Women à Los Angeles, après laquelle j’ai présenté Patrisse Cullors. Patrisse est le co-fondateur de Black Lives Matters, un auteur à succès de NYTimes, un artiste et fondateur de Dignity et Power Now. Vous pouvez visiter son instagram ici: @osopepatrisse. Le discours se concentre sur l’incarcération de masse et j’espère que vous le lirez car c’est une fenêtre sur les défis uniques auxquels sont confrontés les Noirs américains: “

Discours de la United States of Women mai 2018

“Lorsque Trump a été élu et que le fondement toxique de la suprématie blanche dans ce pays a été exposé, j’ai réalisé quelque chose de nouveau. J’ai été impliquée dans des mouvements progressifs presque toute ma vie d’adulte, mais parce que je suis blanche, l’objectif à travers lequel j’avais regardé la race était déformé.

Il faut plus que de l’empathie, il faut même commencer à comprendre à quoi les personnes de couleur, quelle que soit leur classe, font face à chaque instant de chaque jour, et à quel degré de privilège, tout à fait inconsciemment, jouit ceux d’entre nous qui sont nés blancs – même les les plus pauvres d’entre nous.

Imaginez que vous êtes une mère célibataire blanche de 3 fils, travaillant 2, parfois 3 emplois pour joindre les deux bouts. Vous êtes constamment fatiguée et stressée. Vous espérez que vous réussirez à les faire terminer leurs études secondaires en un seul morceau. On est un fumeur de pot, mais ne vous inquiétez pas trop, c’est des trucs d’adolescents réguliers. Vous priez pour qu’une clinique de réadaptation promise ouvre bientôt dans votre ville afin que votre autre fils, accro aux opioïdes, puisse recevoir un traitement approprié à temps.

Imaginez maintenant que vous êtes une mère noire célibataire de 3 fils, occupant plusieurs emplois. Vous êtes constamment fatiguée et stressée. Vous espérez que vous réussirez à les faire terminer leurs études secondaires en un seul morceau. Mais cela ne s’arrête pas là. Vous vous demandez si vous les ferez réussir au lycée parce que seulement 50% des jeunes hommes noirs terminent leur 8e année. Vous vous inquiétez du fait que l’on fume des pots parce que les prisons sont remplies de jeunes hommes noirs trouvés en possession de quelques onces de marijuana.

Dans le logement de la section 8 où vous vivez, la police armée est une présence constante. Vous avancez chaque jour avec le goût de la peur dans la bouche, la peur que l’un de vos fils se fasse tirer dessus en rentrant chez lui parce qu’il a sorti un téléphone portable de sa poche. Et personne ne sera puni. Où vous vivez, les jeunes hommes noirs sont par définition des «ennuis»; où vous vivez, toutes les drogues signifient une activité criminelle.

La toxicomanie dans votre communauté n’est pas considérée comme une crise de santé publique ou une crise d’identité existentielle; aucune clinique ne sera construite dans votre quartier. Si l’un de vos fils est reconnu coupable de sa petite cachette de pot et emprisonné, il n’est plus admissible aux bons d’alimentation ou aux prêts étudiants. Dans votre état, il ne peut pas voter, et il est obligé de cocher la case criminel sur les demandes d’emploi – ce qui signifie qu’il n’est pas embauché. Après avoir été en prison, il peut être arrêté et fouillé par la police pour n’importe quelle raison, ou sans raison, et renvoyé en prison pour la plus petite des infractions.

Parce qu’il est noir, une once ou deux de marijuana signifie qu’il est exclu de la société et de l’économie traditionnelles pour le reste de sa vie. Ce n’est pas seulement vos fils qui sont en danger. Ce sont vos filles, c’est vous-même. Les femmes et les filles de couleur sont la population qui croît le plus rapidement dans les prisons américaines, représentant 30% de toutes les femmes incarcérées aux États-Unis, bien que seulement 13% de la population féminine en général. Le taux de croissance de l’emprisonnement des femmes a dépassé celui des hommes de plus de 50%. Pourtant, les expériences de ces femmes sont rarement mises en avant dans les plans de lutte contre la violence raciale étatique dans les communautés de couleur.

Rien de tout cela n’est un accident. Cela fait partie d’une stratégie développée en réponse aux gains réalisés par les Noirs pendant le mouvement des droits civiques, tout comme le premier Jim Crow a été créé en réponse aux gains réalisés par d’anciens esclaves lors de la reconstruction. C’est ce qu’on appelle la guerre contre la drogue, et cela a fait passer notre population carcérale de 500 000 en 1980 à plus de 2,5 millions aujourd’hui. La guerre contre la drogue a été intentionnellement conçue pour maintenir un nouveau système de castes raciales – sans jamais être accusé de racisme.

John Ehrlichman, chef de la politique intérieure nationale de Nixon, a déclaré à propos de la position de l’administration sur les Noirs: «Nous savions que nous ne pouvions pas rendre illégal le fait d’être noir, mais en amenant le public à associer les Noirs à l’héroïne, puis à les criminaliser fortement, nous pourrait perturber leurs communautés. Savions-nous que nous mentions? Bien sûr, nous l’avons fait. » Les Blancs doivent oser imaginer les réalités habitées par les personnes de couleur. Non seulement parce que c’est la chose morale à faire, mais parce que nous sommes tous, touchés par le racisme.

L’esclavage institutionnalisé a taché la fondation de notre République et le racisme systémique sature toujours son âme. Dans les années 1600, nous avons enlevé et importé des Africains non anglophones pour bâtir l’économie de ce pays – le Sud et le Nord. Afin de nous nommer Démocratie et de parler de «liberté et liberté pour tous», nous avons pensé que nous devions asservir ces personnes, les rendre juridiquement non humaines, en se basant simplement sur la couleur de la peau. Si les Noirs ne sont pas humains, les asservir n’est pas hypocrite.

L’esclavage était une méthode de création de richesse. C’est pourquoi le racisme et la hiérarchie des classes ne peuvent pas être séparés. De plus, les esclaves étaient la seule propriété qui se propageait, produisant plus de propriété, plus d’enrichissement. C’est pourquoi le racisme et le sexisme ne peuvent pas être séparés. Le racisme permet au 1% de tromper la classe ouvrière blanche en lui faisant croire que même s’ils souffrent, au moins d’autres sont moins bien lotis.

Le racisme est ce qui empêche les Blancs pauvres et ouvriers de s’aligner sur les Noirs pour identifier et renverser leur ennemi commun. Lorsque le Legacy Museum on Peace and Justice, le premier mémorial à la mémoire des victimes du lynchage, a ouvert ses portes à Montgomery, en Alabama en 2018, un homme blanc a été cité en disant: «Ils devraient simplement surmonter l’esclavage.» Mais il est toujours vivant, avec nous sous une variété de formes flagrantes et subtiles. Une nouvelle itération est l’incarcération de masse: rassembler des milliers de personnes de couleur pour des actes présumés qui sont pratiquement ignorés s’ils sont commis par des Blancs, effaçant ceux qui sont incarcérés à perpétuité du discours national, ce qui rend le travail incarcéré pour les salaires d’esclaves fabriquant des produits pour nos plus grandes sociétés, les produits que nous achetons sans même savoir d’où ils viennent.

Construire davantage de prisons et les remplir de Noirs et de bruns maintient le nouveau système de castes raciales, tout en niant tout cela est lié à la race. On nous dit que cela crée des emplois et on nous dit que cela arrête le crime. Il est facile pour les Blancs de croire cela et encore plus facile pour les Blancs de regarder dans l’autre sens. Mais ça n’arrête pas le crime. En brisant les réseaux sociaux déjà fragiles, en séparant les familles et en créant une sous-classe permanente d’Américains désespérés et inemployables, la guerre contre la drogue et l’incarcération de masse ont en fait fait plus pour créer le crime.

Nous avons dû mener une guerre civile pour mettre fin à l’esclavage; nous avons dû forger un mouvement pour les droits civiques pour mettre fin à Jim Crow (au moins formellement). Pour mettre fin au nouveau Jim Crow, le système d’incarcération de masse, nous devons, une fois pour toutes, mettre fin à la guerre contre la drogue et à la construction de nouvelles prisons. Et nous ne devons plus jamais permettre le remplacement d’un système de castes raciales par un autre, aussi bien déguisé soit-il. Cela nécessitera de vider les prisons de nos propres esprits et de libérer les idées courageuses et les nouvelles solutions si longtemps emprisonnées là-bas. “

Jane Fonda.

Source – Librement traduit de l’anglais par JDBN – crédit photo: With Patrisse Cullors from Harpers Bazaar Oct 2018

HAMR-Jr Is a Speedy Quadrupedal Robot the Size of a Penny

Par Evan Ackerman
Journal Watch report logo, link to report landing page

The last time we checked in with the Harvard Ambulatory MicroRobot (HAMR) was in 2018, when I spent far too much time trying (with a very small amount of what might charitably be called success) to adapt some MC Hammer lyrics for an article intro. Despite having “micro robot” right in the name, if we’re talking about insect scale, HAMR was a bit chunky, measuring about 5 centimeters long and weighing around 3 grams. At ICRA this week, we’ve been introduced to a new version of HAMR, called HAMR-Jr, which is significantly smaller: just a tenth of the weight, and comes up to about knee-high on a cockroach.

HAMR-Jr may be tiny, but it’s no slouch—piezoelectric actuators can drive it at nearly 14 body lengths (30 cm) per second, at a gait frequency of 200 hertz. The actuators can be cranked up even more, approaching 300 Hz, but the robot actually slows down past 200 Hz, because it turns out that 200 Hz hits a sort of resonant sweet spot that gives the robot as much leg lift and stride length as possible. 

It’s worth mentioning that even the fastest legged insects don’t reach a gait frequency of 200 Hz. While the Australian tiger beetle seems to be the world’s fastest legged insect, able to reach about 2.5 m/s (!) when chasing prey with a gait frequency of just a few tens of hertz, what’s more relevant here is probably the fastest insect relative to its size (so, fastest speed measured in body lengths per second). That award goes to a tiny species of mite found in California, able to run at nearly 200 body lengths per second. This works out to something like 0.25 m/s because the mites are seriously tiny (sesame-seed sized), but juveniles managed to hit a stride frequency of 135 Hz, which is the same ballpark as HAMR-Jr, albeit on a much smaller scale.

Since I’m totally lost in this insect muscle frequency topic now, the reason that 100-ish Hz seems to be about the limit for insect gait frequencies is that you start running up against biological limits of motor nerve impulses and muscle fiber activation. The absolute highest frequency of synchronized insect muscle contractions is 224 Hz, taking place in the tymbal muscles of the Australian cicada, which is what it uses to make that cicada noise. The word “synchronized” implies that you’ve got nerve impulses and muscles working together, but you can also have nerve impulses and muscles working asynchronously, which takes a lot less active coordination and can bypass some of those biological control limits. Some insects use asynchronous arrangements of muscles acting antagonistically to cause their bodies to flex at extremely high frequencies, usually to power their wings. Biting midges use this technique to beat their wings at 1046 Hz, and even this absurdly high frequency is heavily constrained by the wings themselves, and removing most of the wing area allows what’s left to flap at over 2200 Hz.

Anyway, let’s get back to HAMR-Jr, shall we? The robot is able to trot, pronk, bound, and jump, and can also move sideways like a crab. With payloads up to its own mass (320 mg), the performance of the robot doesn’t change much, which is a good indicator for its ability to handle a payload that could include a battery and some sensors. There’s plenty of room for improvement here, though, and some exploratory testing suggests that a more rigid structure could HAMR-Jr’s payload to at least 3.5 g.

As for as raw speed is concerned, the biggest performance hit caused by scaling down from the larger version of HAMR is likely the result of decreased mass and inertia, causing a lot of slippage of HAMR-Jr’s lil’ feet. One way of solving this could be with tiny grippy shoes of some kind, and it also seems like trading off stride frequency for increased stride length could also increase locomotion speeds. 

For more details, we spoke via email with lead author Kaushik Jayaram, assistant professor of robotics and systems design, at the University of Colorado, in Boulder, to find out (among other things) whether at some point we’ll be seeing HAMR-Mini, HAMR-Nano, and HAMR-Atto. And if you’d like to ask the authors a question yourself, the ICRA info page and Slack discussion channel for this paper can be found here.

IEEE Spectrum: What was the trickiest thing you ran into while scaling HAMR-VI down into HAMR-Jr?

Kaushik Jayaram: The design and fabrication process was the easiest part of this work because we did not have to make any changes to our workflow. The trickiest challenges we encountered were mostly practical. For example, we are fast approaching the tolerance limits of the commercially available sheets of raw materials, and small variations in material (elastic modulus) or geometric properties (thickness) or glue while assembly can have a significant impact on robot performance. Also, handling small and fragile parts and folding them under a microscope required a lot of patience and finger nimbleness. 

The other tricky thing was having a guarantee about locomotion performance. For example, with HAMR-Jr, we can cycle the legs at the rate of over 200 Hz, which is unprecedented for terrestrial biological systems, and we did not have a priori notion about the locomotion dynamics at these high stride frequencies.

To what extent does the surface that the robot is operating on affect its performance, and can you elaborate on the potential “surface attachment mechanisms” that you mention in the paper?

A good running surface for HAMR-Jr is one that is flat (low roughness), and has good friction. HAMR-Jr’s vertical leg displacement is roughly 1 mm, and surface roughness of that order would be challenging. For surface features much larger, the robot would effectively need to “climb” to overcome the obstacles. In the past, we have demonstrated that passive mechanisms like insect-like spines along the leg or gecko-like sticky pads can increase effective friction. We have also demonstrated active attachment mechanisms like electroadhesion that can be electrically modulated to stick to metallic surfaces like the inside of jet engines or even non-conductive substrates like the undersides of leaves. We are actively pursuing these as future research directions.

HAMR-Jr insect-inspired robot
Photo: Kaushik Jayaram/University of Colorado Boulder/Harvard SEAS
The researchers says that small robots like HAMR-Jr could help with applications in search and rescue, industrial inspection, environmental monitoring, and medicine.

What would be involved in developing an untethered version of the robot? 

We have previously demonstrated power and control in HAMR-VI (as HAMR-F), which carries all the necessary onboard electronics in a ~1 g package along with a 0.33 g battery. As is, the same electronics can successfully power HAMR-Jr, which currently has a payload capacity of at least 3.5 g. However, we believe the electronics can be made even smaller. A recent paper from Robert Wood’s lab showed that a ~89 mg electronics package could drive a 2-actuator robot like RoboBee. Replicating something similar, we may be able to obtain an electronics package (<400 mg) close to the weight of HAMR-Jr (~320 mg), without much optimization, which would be exciting!

Are there good reasons to make HAMR-Jr smaller, and how much smaller could HAMR robots get?

For a number of real world applications, we would like HAMR-Jr to be smaller and possibly more capable. Specifically, crevices in the rubble from collapsed structures are often just a few centimeters long. Similarly, in one of our previous collaborations with Rolls-Royce for engine inspection tasks, we found that typical boroscope port diameters are 8 to 12 mm in commercial jet engines. For robotic surgery related applications, the constraints are even smaller, as the largest arteries are only about 8 to 10 mm.

Making at-scale robots also makes it easy to use them as platforms for testing biology hypotheses (especially about insect locomotion) without worrying much about the physics of scaling, which is often unknown. 

I hope to see a fully autonomous (both power and control) and highly capable version of HAMR-Jr fit within a one centimeter cube within the next few years.

What would you like to see robots like HAMR-Jr being used for?

The four main avenues I see small robots like HAMR-Jr make a positive societal impact in the next few years are in the domains of search and rescue (because of its mechanical dexterity), high value asset inspection (because of its high degree of autonomy), environmental monitoring (because of its scalability in terms of numbers) and medicine (because of its scalability in terms of size).

Scaling down an insect-size microrobot, HAMR-VI into HAMR-Jr,” by Kaushik Jayaram, Jennifer Shum, Samantha Castellanos, E. Farrell Helbling, and Robert J. Wood from Harvard and UC Boulder, is being presented at ICRA 2020.

Hier — 3 juin 2020Vos flux RSS

Des chercheurs trouvent le moyen de stopper une forme agressive du cancer du sein

Par Alexandre Gras

Les chercheurs de la faculté de Médecine de l’Université de Tulane ont identifié un gène à l’origine d’une croissance importante d’une forme agressive du cancer du sein et découvert un moyen d’empêcher le cancer de se produire.

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Les « guérilla greffeurs » greffent clandestinement des branches fruitières sur les arbres stériles

Par Mégane Bouron
Pour augmenter la production de fruits en ville, des activistes ont eu une excellente idée : greffer des branches fruitières aux arbres urbains.

Grâce à la technique de ce coiffeur, ces femmes assument leurs cheveux gris (34 photos)

Par Mathilde Sallé de Chou
Ce coiffeur californien est devenu célèbre pour avoir pris le parti de montrer aux femmes la beauté qui se cache derrière leur chevelure grise.

VIDÉO. « Soyez prêts, parce que, que vous le vouliez ou non, les choses vont changer »

Par Mégane Bouron
Trois femmes, trois artistes victimes de discrimination. Aujourd'hui, elles témoignent dans une vidéo choc intitulée "Agissons contre le racisme ordinaire".

Dans cette vidéo virale, un père explique à son fils comment survivre à un contrôle de police

Par Mathilde Sallé de Chou
Pour éviter à son fils de subir le même destin tragique que George Floyd, un père afro-américain lui apprend à survivre à un contrôle de police.

Nominations à la Fraternité Saint-Pierre

Par Summorum Pontificum
Nominations à la Fraternité Saint-Pierre
Le site du district de France de la Fraternité Sacerdotale Saint-Pierre publie les nominations des prêtres et diacres à partir du 15 août. Voici les changements dans le District de Lire la suite ...

Lettre pastorale de Mgr Rougé

Par Maximilien Bernard
Lettre pastorale de Mgr Rougé
Au lendemain du confinement et de la Pentecôte, deux ans après sa nomination à la tête du diocèse de Nanterre, Mgr Matthieu Rougé, publie une lettre pastorale intitulée Un grand vent Lire la suite ...

Pierre Rigaux : «La petite mafia qui tente de m’intimider ne réussira qu’à renforcer ma motivation»

Par Mathilde Sallé de Chou
Victime de menaces de la part de chasseurs, le naturaliste Pierre Rigaux n'a pas dit son dernier mot et réitère son engagement sur les réseaux sociaux.

VIDÉO. Justice pour Adama : le discours fort et engagé d’Aïssa Maïga contre les discriminations

Par Mégane Bouron
Lors du rassemblement contre le racisme, l'actrice Aïssa Maïga a livré un discours puissant contre les injustices et la brutalité policière.

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