Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

sight

Происхождение чипов

Совершенно удивительный эксперимент был проведён в одной из лабораторий в Англии.

Британские учёные решили воспроизвести в лабораторных условиях естественный отбор. Самое интересное заключается в том, что подопытными были не живые существа, а электронные устройства. Результат оказался совершенно неожиданным и в то же время многообещающим.

Подопытным образцом была программируемая микросхема (FPGA, Field-Programmable Gate Array). Принцип её работы заключается в том, что сама по себе микросхема ничего полезного из себя не представляет. Её функционал полностью определяется "прошитыми" в неё данными, в зависимости от которых её начинка может стать практически любым компьютерным устройством: анализатором сигналов, модемом, специализированным контроллером и т.п. Иными словами, элементы (транзисторы) микросхемы связаны между собой не физически и навсегда (как в любой специализированной микросхеме), а логически, в зависимости от загруженного в память микросхемы описания этих связей.

В качестве подопытного чипа была выбрана микросхема FPGA с сотней ячеек памяти (матрица 10х10).

Критерием выживания в эксперименте была способность чипа выполнять простую задачу: различать два заранее заданных звуковых тона. Эта задача не представляет сложности, если её решать при помощи специализированных чипов - звуковых процессоров, или специализированного программного обеспечения. В данном же эксперименте решение этой задачи возлагалось на простейшую программируемую FPGA-микросхему.

Эксперимент начался с того, что были созданы 50 совершенно случайных наборов данных для испытуемого чипа. Компьютер-испытатель загружал их в FPGA-чип один за другим, и каждый раз выполнял один и тот же эксперимент: подавал на вход чипа два эталонных звуковых тона, и одновременно анализировал то, что получилось на выходе чипа, набитого бессмысленным набором двоичного мусора. Само собой разумеется, чип с мусором вместо логики не показывал сколь-нибудь полезных результатов. Всё, что получалось на выходе, не было даже близко похоже на то, что должно было быть получено в идеальном варианте. Тем не менее компьютер отобрал из 50 исходных наборов данных те, которые давали наименее плохие (с совершенно мизерным отрывом) результаты.

Геномы-победители компьютер "скрещивал" друг с другом, производя обмен фрагментов кода "родителей" и привнося "генетические мутации", случайным образом изменяя один-два бита в получившемся "потомстве".

После "скрещивания" эксперимент повторялся: получившийся код снова загружали в FPGA-микросхему, ей снова "давали послушать" образцы звуковых тонов и снова изучали реакцию чипа. В течение примерно сотни "поколений" чип не показывал практически никаких изменений к лучшему. Через 220 "поколений" чип "научился" имитировать "услышанную" тональность на выходе - уже кое-что, хотя задача была совсем другой.

После 650 поколений чип стал демонстрировать некоторую селективность в отношении аудио-тона частотой 1 килогерц, а после 1400 поколений он смог определять каждый тон с достоверностью 50%.

Окончательный результат был достигнут после 4000 поколений: получившийся код, будучи загруженным в FPGA-чип, безошибочно различал аудио-тональности: если на входе он "слышал" тон частотой 1 килогерц, то реагировал на это понижением выходного напряжения до 0 вольт; если же на входе была тональность 10 килогерц, то напряжение на выходе увеличивалось до 5 вольт. То, что требовалось получить. В качестве развития эксперимента чип даже научили распознавать голосовые команды "stop" и "go" - на это потребовалось ещё несколько сотен поколений электронной "эволюции".

А дальше началось самое интересное.

Когда экспериментаторы попробовали разобраться, какую логику описывает получившийся в результате эволюции набор данных для FPGA-чипа, то обнаружили, что из 100 ячеек памяти задействовано 37, причём большая часть формирует непонятные обратные связи.

Пять ячеек были использованы, но не соединены с другими ячейками никакими логическими связями, т.е. полностью изолированы от чего бы то ни было. Однако отключение любой из этих пяти ячеек приводило к тому, что чип терял способность распознавать звуковые сигналы.

Более того, полученный набор данных, будучи загружен в другую FPGA-микросхему точно такого же типа, работал неудовлетворительно.

Учёные пришли к выводу, что процесс электронной эволюции не просто создал эффективный двоичный код, годный для FPGA-микросхем, но и "учел" особенности конкретного экземпляра микрочипа, нюансы его электрических и магнитных полей. Кроме того, есть основания считать, что получившееся сочетание чипа и кода работало не только в традиционной для вычислительной техники двоичной логике, но использовало также аналоговые уровни цифровой микросхемы, т.е. едва уловимые в цифровой электронике состояния между нулём и единицей.

Значение эксперимента огромно. Электронная эволюция открывает потрясающие перспективы развития электроники: от "самоисцеляющихся" чипов, которым будут не страшны повреждения, сбои и космическая радиация, до самообучаемых роботов, способных принимать решения и учитсья самостоятельно.

В не столь уж далёкой перспективе - искусственный интеллект (хорошая статья на эту тему), т.е. эмуляция человеческого мозга, который работает очень эффективно, но тоже совершенно непонятно каким образом.

Оригинал статьи:
http://www.damninteresting.com/on-the-origin-of-circuits/
day wasted

Способ противостоять кражам мобильников

Нужно, чтобы телефон (или лаптоп, или другой гаджет) работал только со своим родным зарядником. Т.е. ставишь ты его заряжаться, он опознаёт заряжайку (как электронный замок опознаёт RFID), и если это родная - заряжается, а если нет - то фиг. Или не фиг, а втихаря звонит и сообщает свои координаты и отсылает фотографии с камеры. Или уничтожает данные на своих носителях, ещё как-то реагирует болезненно.

Техническая реализация (заряжайки для машины, зарядка от USB-порта, замена сломанной заряжайки, аварийная подзарядка, pairing и пр.) - это конечно отдельный вопрос.