Владимир Петров - Думай иначе. Креативное мышление

Рис. 1.18. Застежка-«липучка»

Пример 1.19. Глубоководная губка – оптоволокно

Исследователи из Bell Labs (корпорация Lucent) в 2003 году обнаружили в теле глубоководных губок рода Euplectellas (рис. 1.19) высококачественное оптоволокно. Материал скелета этих губок может пропускать цифровой сигнал не хуже, чем современные оптоволоконные кабели, при этом природное оптоволокно значительно прочнее искусственного благодаря наличию органической оболочки. Вторая особенность – это возможность формирования подобного вещества при температуре около нуля градусов по Цельсию, в то время как на заводах Lucent для этих целей используется высокотемпературная обработка. Осталось придумать, как увеличить длину нового материала, поскольку скелеты морских губок не превышают 15 см.

Рис. 1.19. Глубоководная губка – оптоволокно

Пример 1.20. Модель нейрона

Модель нейрона показана на рис. 1.20.

Рис. 1.20а. Схематическое изображение нейрона

а) – изображеие нейрона: 1 – тело клетки; 2 – дендриты; 3- аксон; 4 – коллатерали; 5 – концевое разветвление аксона. б) – модель нейрона: P n, P i, P 2, P 1 – выходы нейрона; S n, S i, S 2, S 1 – синаптические контакты; P – выходной сигнал; K – пороговое значение сигнала.

в) – электрическая схема искусственного нейрона: R 1 – R 6, R m – сопротивления; C 1 – C 3, C m – конденсаторы; T 1 – T 3 – транзисторы; D – диод.

г) рисунок биоогического и искусственного нейрона.

С каждым годом появляется все больше патентов на нейронные сети, например, патент США US 9 842 585 B2 компании Microsoft от 12.12.2017.

Компания Google разработала нейрочип Tensor Processing Unit (TPU) отвечающий за идентификацию объектов и лиц на фотографиях, распознавание голоса на Android-смартфонах, а также перевод текста с одного языка на другой.

Пример 1.21. Автомобиль без водителя

Американская компания Orbital Research создала действующую модель радиоуправляемого авто с «тараканьими мозгами» (рис.1.21). Это интуитивная сенсорная система, позволяющая избежать столкновений автомобилей на земле и самолетов в воздухе. Систему назвали Bio-Avert. Она разработана по аналогии с нервной системой тараканов и моделирует поведение тараканов в тот момент, когда их пытаются поймать.

Оказалось, что у тараканов уникальная нервная система. Она без отдыха контролирует мельчайшие изменения, происходящие рядом, и при возникновении опасности реагирует быстро, четко и, самое главное, правильно.

Рис. 1.21. Нервная система тараканов

Пример 1.22. Кожа для роботов

Японские ученые по аналогии с естественной кожей изобрели искусственную кожу для роботов. Это может стать первым шагом на пути к полноценному осязанию роботами окружающего мира (рис. 1.22).

«Кожу», которая способна чувствовать давление и температуру, можно обернуть вокруг механических пальцев андроидов. Причем, как утверждают ученые, их разработка не будет обходиться дорого.

«Кожа» состоит из двух слоев – один для регистрации давления, и другой – для регистрации температуры.

Именно совмещение этих двух слоев стало революционным прорывом в работе над андроидами.

Японские ученые использовали электронные схемы в качестве датчиков давления и полупроводники в качестве датчиков температуры. Эти датчики помещены в тонкий слой пластика, который можно обернуть вокруг робота.

Транзисторы и полупроводники, которые использовали для электронной «кожи» ученые, основаны на органических материалах, состоящих из цепочек атомов углерода.

Это придает электронным схемам гибкость и делает процесс изготовления «кожи» относительно дешевым.

Ученые надеются, что их разработка поможет улучшить эффективность работы роботов. Более того, исследователи говорят, что не намерены останавливаться на том, чтобы просто воспроизвести функции человеческой кожи.

«Возможно, в ближайшем будущем появится электронная „кожа“, которая превзойдет по своим свойствам человеческую», – пишут в своей работе ученые.

Будущая искусственная кожа сможет иметь датчики не только для регистрации давления и температуры, но и для света, натяжения, звука и влажности.

Рис. 1.22. Кожа для робота

Пример 1.23. Глаз насекомого

В Университете Беркли разработали первый «фасеточный» объектив для фотокамеры, который воспроизводит устройство глаза насекомых. Объектив склеен из 8500 шестиугольных микролинз, а его поле зрения больше, чем у традиционных «широкоугольников». Диаметр устройства – 2,5 миллиметра, и теперь главная проблема заключается в том, чтобы изготовить электронную матрицу подходящих размеров и формы.

В отличие от высших животных, насекомые (рис.1.23а) лишены сетчатки. Каждой фасетке (то есть «линзе») глаза соответствует отдельный рецептор, фиксирующий яркость (и, возможно, другие характеристики света), но не детали (рис.1.23б). Целостное изображение складывается из «пикселей», переданных рецепторами, и поэтому разрешающая способность глаза очень высока.

В искусственном «глазе» стеклянные микролинзы покрывают полусферу из эпоксидной смолы, внутри которой проходят микроканалы-волноводы – они заменяют нервные волокна насекомого, передающие оптический сигнал от каждой фасетки мозгу (рис.1.23в). Изготовление волноводов и было самой нетривиальной частью задачи. Для этого сплошную «заготовку» объектива пришлось облучать ультрафиолетовым светом – чтобы, преломляясь в линзах, свет проделал каналы, подходящие в точности к каждой из них.

Фасеточная камера, говорят разработчики, может понадобиться медикам и ученым, изучающим труднодоступные полости живых существ или искусственных тел. Кроме того, исследованием заинтересовалось военное агентство DARPA, согласившееся его финансировать. Известно, что прежде эта организация поддерживала проект Micromechanical Flying Insect, целью которого было создание полноценного «механического насекомого».

Рис. 1.23. Глаз насекомого

Пример 1.24. Робот-змея