Inicialização da JITX usa IA para automatizar o desenvolvimento de placas de circuito impresso complexas

A IA tem o potencial de eliminar a complexidade tediosa do processo de design de PCB

Qualquer um pode aprender o desenvolvimento de placas de circuito impresso, mas apenas um engenheiro experiente poderá criar um modelo que seja bem otimizado e não propenso a derreter, explodir ou causar o dispositivo controlado pela placa a um estado em que ela explode ou derrete. Engenheiros experientes geralmente estão ocupados, seu trabalho é caro e seu caráter é desagradável - especialmente se eles são forçados a fazer um trabalho que não revela totalmente sua genialidade.

A JITX é uma startup fundada por uma equipe de engenheiros da eletrônica e engenharia mecânica da Universidade da Califórnia em Berkeley, criando uma IA que pode ajudar a desenvolver placas de circuito otimizadas em horas, em vez de semanas. Como resultado, o trabalho de um engenheiro passará do trabalho manual para a supervisão. Você diz ao sistema em um nível bastante alto que está preocupado e está desenvolvendo uma placa de circuito em que tudo o que não lhe diz respeito já está decidido. Sua experiência de engenharia especializada se concentra apenas nas coisas certas, e o sistema produz placas de circuito - apenas melhor, mais rápido e mais barato.

O chefe da JITX é Duncan Haldane, autor de um "robô de salto hiperativo com molas" chamado Salto-1P. Uma parte bastante séria do trabalho no Salto-1P (assim como em outros robôs) foi gasta no desenvolvimento de hardware especial, incluindo placas de circuito impresso. Haldane e colegas descobriram que toda vez que começavam a fazer algo novo, tinham que começar tudo do zero. "Percebemos o pouco tempo que gastamos em nosso negócio principal - a pesquisa", diz Haldane. - Todo o nosso tempo foi gasto no desenvolvimento de ferro de baixo nível. Os custos de mão-de-obra do desenvolvimento de ferro especial são uma enorme barreira para novos sistemas criativos. ”

O objetivo da JITX é tornar o desenvolvimento de hardware mais parecido com o desenvolvimento de software. Esta não é a primeira empresa que tenta fazer algo nesse sentido, e já existem muitas ferramentas de suporte para o desenvolvimento de placas de circuito impresso. No entanto, a JITX acredita que sua abordagem mais abrangente e holística é única. A empresa escreve em um comunicado de imprensa:

A inspiração para nossa tecnologia-chave foi a técnica usada para desenvolver chips de computador. O advento das linguagens de descrição de hardware (HDL) nos anos 80 revolucionou o desenvolvimento de chips. O HDL mudou os princípios básicos do design de circuitos. Em vez de desenhar os diagramas manualmente, os engenheiros expressaram o comportamento desejado do circuito usando código e, em seguida, os algoritmos converteram esse código automaticamente nas formas de cobre necessárias. Esse fluxo de trabalho permite criar chips de hoje para bilhões de transistores. Organizaremos o mesmo fluxo de trabalho no desenvolvimento de placas de circuito impresso.

O desenvolvimento de placas de circuito impresso requer a aplicação de conhecimento de muitas áreas - é preciso levar em consideração a engenharia elétrica (design de circuitos, design de radiofrequência, conformidade de sinal e energia), engenharia mecânica (temperatura e vibração) e produção (otimização de custos, design levando em consideração os requisitos de produção, adequação para montagem e teste em massa) ) Não é de surpreender que quase todas essas subtarefas sejam difíceis de informatizar; portanto, precisamos usar representações e heurísticas engenhosas para obter soluções adequadas. Em cada uma dessas áreas, é necessário monitorar milhões de detalhes e é hora de os computadores fazerem toda essa contabilidade.

Aqui está uma demo do JITX gravada por Haldane em novembro passado, para que você possa imaginar como tudo funciona:


"O que eles estão tentando fazer é necessário para a maioria das pessoas que trabalha na indústria do ferro", diz Ted Larson. Larson gerencia uma empresa OLogic focada no desenvolvimento e pesquisa de sistemas embarcados com foco em robótica. O OLogic trabalhou em muitos robôs com os quais você provavelmente já conhece, mas não tem o direito de falar sobre seu trabalho. "Um dos problemas que eles identificaram e com os quais concordo é que o Vale do Silício começou a criar equipamentos terrivelmente ruins", diz Larson. - A suposição de que é difícil desenvolver ferro e que não há pessoas suficientes que poderiam fazer isso não tão caras? É direto ao ponto.

No entanto, existem razões pelas quais a abordagem para o desenvolvimento de ferro, assim como para o desenvolvimento de software, ainda não foi implementada, diz Larson. "Muitas pessoas querem tornar o desenvolvimento de eletrônicos semelhante ao desenvolvimento de software, mas há problemas em usar essa abordagem com circuitos que vão além de alguns protótipos". Para desenvolver circuitos que podem ser produzidos e submetidos a testes para conformidade com os padrões, é preciso ter experiência e selecionar todos os componentes necessários que funcionarão juntos exatamente como deveriam. Larson acha que o JITX é ideal para projetos em algum momento entre a fase de protótipo e a fase de produção, especialmente considerando a economia de tempo e o custo das abordagens tradicionais. E ele diz que o sistema tem potencial. "Eles estão no início da jornada e têm enormes oportunidades para melhorar todo o processo".


Três placas desenvolvidas pela JITX AI

Até agora, o JITX utiliza ferramentas projetadas para uso interno. Você diz a eles o que o conselho deve fazer e eles contratam os engenheiros a quem a IA ajuda a trabalhar nessa tarefa e emite o conselho mais eficiente. Em média, a JITX fornece placas de circuito impresso três vezes mais rápidas e 25% mais baratas do que engenheiros experientes trabalhando sem nenhuma ajuda. O objetivo final é aumentar ainda mais a automação, expandi-la além dos limites das simples placas de circuito impresso. Mas, por enquanto, a JITX participará do seminário de verão da Y Combinator para ter ideias com pouco apoio externo.

Conversamos com o chefe da empresa, Duncan Haldane , por e-mail.

IEEE Spectrum : Você pode descrever um processo típico de design de PCB, e o que há de errado com ele?

Duncan Haldane : Primeiro você precisa descobrir o que o conselho deve fazer. Quais atuadores, quais sensores, como eles se comunicam, qual processamento é necessário. E então há trabalho duro.

Pesquisamos no Google, encontramos conjuntos de componentes aparentemente ótimos, vasculhando as especificações de cem páginas de espessura para entender como juntar tudo. Depois disso, modelamos todos os componentes em nosso CAD favorito (substituindo manualmente as informações do PDF) e desenhamos um diagrama. No diagrama, adicionamos símbolos que indicam todas as partes do quadro, tentamos alinhá-los lindamente (em uma página ou cinquenta, dependendo da complexidade do circuito), conectando manualmente todos os contatos, desenhando linhas que indicam os fios. Esperamos que nenhum erro tenha sido cometido ao desenhar as linhas. Nesse estágio, convidamos outros engenheiros a encararem esse circuito por várias horas, tentando encontrar erros, pois o único erro significa que sua placa não funcionará (e poderá explodir).

Quando temos um circuito, você pode projetar o próprio quadro. O objetivo é entender onde colocar todos os componentes para que você possa desenhar todas essas faixas de cobre que conectam os contatos. Precisamos pensar em um monte de física diferente e, para isso, iniciamos todos os tipos de simulações e marcamos manualmente os resultados no quadro (traçando um caminho de cobre da forma correta). Também neste momento, você precisa pensar em como essa placa será produzida, montada e testada. Mais uma vez, chamamos outros engenheiros para olhar o design da placa por várias horas, na tentativa de encontrar erros. Esperamos que eles encontrem todos os erros, porque agora estamos prontos para pagar pela produção do cartão.

O que há de errado nisso? Sim é isso. Esta é a pior coisa que um homem faz. Imagine que você fez tudo isso e, em seguida, novamente para o próximo projeto, comece do zero.

Por que ninguém fez o que o JITX está fazendo agora?

Isso está acontecendo agora porque o setor está desesperado. O desenvolvimento de placas de circuito impresso tornou-se um assunto tão delicado que equipes de pessoas desenham todas essas placas o tempo todo e em turnos para cumprir os prazos. Além disso, as novas fábricas são altamente automatizadas, razão pela qual o gargalo entre as empresas e o mercado está em fase de desenvolvimento. E essa urgência apareceu quando a IA simplesmente espalhou o melhor dos métodos anteriores ao longo da parede. Combinamos novos resultados de IA com esse profundo desafio do mercado.

Que parte do desenvolvimento pode ser automatizada e como ela será para o usuário final?

Tudo pode ser automatizado, você só precisa encontrar a abordagem certa. Para o usuário final, parecerá quase do jeito que nossas ferramentas funcionam hoje. O usuário diz que é importante para ele, e não como fazê-lo. Por exemplo, solicitamos uma placa com um sistema BLE e um microfone (este é o "quê"), e nosso software seleciona os principais componentes apropriados da biblioteca, resolve problemas com valores de potência e componentes, atribui contatos, planeja localização, marca trilhas e emite uma placa e circuito (este é o "como"). Se a forma da placa for importante para você, adicione esta restrição; se a localização do componente for importante para você, adicione esta restrição; se você souber qual chip BLE você precisa, adicione-o. As ferramentas de desenvolvimento devem ser inteligentes o suficiente para lidar com todo o milhão de detalhes com os quais você não se importa, e otimizar seu design para o que é importante para você.

Quais são as limitações do sistema em que você está trabalhando?

A maior limitação é que os desenvolvedores sacrificam o controle sobre pequenas coisas para automação, precisão e velocidade. Essa é uma diferença muito grande em comparação com as ferramentas atuais.

No que você está trabalhando com a DARPA?

Fazemos parte da Iniciativa de Ressurgência Eletrônica (ERI), um grande esforço colaborativo para reinventar o processo eletrônico. Especificamente, participamos do programa IDEA, segundo o qual o desenvolvimento da eletrônica será realizado sem intervenção humana. Para isso, estamos trabalhando em empresas que fabricam semicondutores e componentes para criar uma extensa biblioteca de componentes eletrônicos, criando software que transforma objetivos de alto nível em placas de circuito reais e ferramentas de otimização que encontram as melhores versões para as placas necessárias.

Como você vê o futuro distante e como o seu trabalho atual se encaixa nele?

No futuro, queremos escalar a tecnologia de desenvolvimento automático de placas de circuito impresso para dar mais liberdade criativa aos desenvolvedores de ferro. Todos recebem placas de circuito impresso personalizadas e garantimos que o problema permaneça resolvido. Então queremos voltar ao desenvolvimento eletromecânico. Ao projetar uma placa de circuito impresso, muitos problemas surgem durante as disputas com um engenheiro mecânico sobre como obter mais meio milímetro de espaço adicional para empurrar outro componente. Os robôs são dispositivos eletromecânicos, e estamos trabalhando para garantir que algum dia nosso software possa desenvolver robôs aprimorados que possam montar a próxima geração de robôs de qualidade ainda melhor, executar código em placas de circuito impresso aprimoradas etc.

Hoje, nós mesmos usamos nossas ferramentas de desenvolvimento para criar rapidamente placas de circuito impresso legais para outras empresas. Essa é a melhor maneira de garantir que as ferramentas funcionem, que possam ser usadas e que cada minuto de desenvolvimento tenha sido bem gasto enquanto lutamos pelo nosso objetivo.