Информационно-вычислительные нейроимитирующие устройства
1. Многопараметрическая система управления, построенная на основе принципов функционирования оливо-мозжечковой системы
Проведено исследование динамики оливо-мозжечковой системы млекопитающих. Построена модель нейронов нижних олив в виде системы обычных дифференциальных уравнений 4-го порядка и создан ее электронный прототип. Теоретически и экспериментально (на электронных прототипах) изучено взаимодействие нейронов нижних олив с переменной электротонической связью. На основе изученных принципов функционирования оливо-мозжечковой системы предложена автономная система многопараметрического управления шагающим роботом, использующая нелинейные динамические механизмы формирования фазовых кластеров. Реализован ее электронный прототип, представляющий собой ансамбль связанных нелинейных осцилляторов. в котором с помощью эффекта фазовой автопереустановки формируются шаблоны синхронных колебаний. Шаблоны отличаются друг от друга фазой колебаний осцилляторов и представляют собой моторные паттерны, управлющие движениями шагающего робота. В результате обработки поступающего с камеры входного сенсорного сигнала, система управления на основе трех базовых шаблонов, задающих движение робота («вперед», «налево», «направо»), формирует новые моторные шаблоны, позволяющие роботу следовать за целью.
|
Шестиногий робот с системой многопараметрического управления, работающей на принципах функционирования оливо-мозжечковой системы |
2. Кратковременная (рабочая) память
Предложена и исследована модель системы рабочей памяти в виде сети нейронов, обладающих особым свойством последеполяризации и взаимодействующих через подавляющую обратную связь. Показано, что при воздействии на такую систему подпороговым гармоническим сигналом и при достаточно сильной обратной связи в ней возможен режим существования одновременно нескольких кластеров периодической нейронной активности. Данный эффект интерпретируется как хранение в памяти системы одновременно нескольких образов, или представлений. Изучена зависимость от величины обратной связи емкости системы, т.е. максимального числа образов, которое она может сохранять одновременно. Найдено оптимальное значение величины обратной связи, соответствующее максимальной емкости. Исследована область допустимых параметров, в которой система корректно выполняет функции рабочей памяти, а также некоторые аномальные режимы системы, наблюдаемые вне этой области параметров.
3. Беспроводные сетецентрические системы
- Проведено исследование беспроводных сенсорных самоорганизующихся сетей. Разработаны и реализованы интеллектуальные алгоритмы, позволяющие формировать ячеистую топологию в беспроводных сенсорных сетях, на микроконтроллерах приемопередатчиков. Основными требованиями к разрабатываемым алгоритмам являлись простота, нетребовательность к ресурсам и надежность. Исследование проводилось как с использованием средств математического моделирования, так и на базе реальных сенсорных сетей. В работе была предложена модель сенсорной сети, построенная на основе теории клеточных автоматов, позволяющая описывать беспроводные сети при произвольной логике работы отдельных узлов. На основе предложенной модели был создан программный комплекс для моделирования динамики беспроводных сенсорных сетей. С помощью данного комплекса разработаны, протестированы и отлажены интеллектуальные алгоритмы самоорганизации сенсорных сетей, благодаря которым возможна самоорганизация и самостоятельное формирование ячеистой топологии.
- Теоретически и экспериментально исследована синхронизация в локальных окрестностях беспроводных сенсорных сетей. Теоретическое исследование проводилось на модели в виде ансамбля пульсаторов, взаимодействующих с запаздыванием. Показано, что для корректной работы беспроводной сети без коллизий необходимо установление в ней режима глобальной внефазной синхронизации. Были определены параметры сети, при которых в ней устанавливается такой режим с требуемыми характеристиками. Была произведена настройка параметров сети для оптимизации характеристик «расписания» излучения элементов. Экспериментальное исследование проводилось на основе беспроводной сенсорной сети на приемопередатчиках учебно-научно-исследовательского комплекса «Сверхширокополосные беспроводные сенсорные сети» из 6 приемопередатчиков. В результате экспериментов был верифицирован предложенный способ установки в сети режима глобальной внефазной синхронизации.
