Стенд для моделювання елементів слідкуючої системи ока

Номер патенту: 109722

Опубліковано: 25.09.2015

Автор: Ляховецький Роман Васильович

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Стенд для моделювання елементів слідкуючої системи ока, що має задатчик сигналу, порівняльний пристрій, виконавчий механізм і датчик кута повороту, механічно зв'язаний з валом кульки ока, виконавчий механізм містить електромеханічний перетворювач для регулювання тиску в парі поздовжньо-гофрованих трубок для повороту кульки ока, задатчик має моделі клітин сітківки ока, а саме модель містить матрицю моделі подвійного синцитію з моделями рецепторів на вході, де модель рецептора є керованим джерелом струму, і моделями біполярних клітин на виході, та модель шару амакринових клітин, яка перекодовує положення вхідного сигналу у відповідну частоту імпульсів, вхід кожної моделі біполярної клітини через вертикальні резистори приєднаний до своїх вузлів моделей подвійних синцитіїв, а її вихід по збуджуючому зв′язку приєднаний до входу своєї моделі амакринової клітини, кожна модель амакринової клітини виконана як тиристорна модель імпульсного нейрона, виходи всіх моделей амакринових клітин по збуджуючих зв′язках приєднані до спільної шини, яка відрізняється тим, що кожна модель амакринової клітини містить гальмівний зв'язок від спільної шини, вихід кожної моделі амакринової клітини по збуджуючому зв′язку поданий на вхід своєї моделі додаткового нейрона, яка теж виконана як тиристорна модель імпульсного нейрона і має частоту вихідних імпульсів, пропорційну своєму положенню, виходи моделей додаткових нейронів по збуджуючому зв′язку подаються по шині виходу задатчика на вхід порівняльного пристрою, кожна модель імпульсного нейрона має гальмівний зв'язок від свого виходу, що виконаний наприклад з додатковим біполярним транзистором, емітер якого включено на землю, базу підключено до виходу формувача імпульсів, а колектор підключено до катодного керуючого електрода тиристора, при цьому поздовжньо-гофрована трубка виконавчого механізму виконана з еластичного матеріалу, в якому нитки 1-го шару армування щільно наклеєні на трубку під кутом до осі трубки, а нитки 2-го шару армування щільно наклеєні поверх 1-го шару під протилежним кутом до осі трубки так, що нитками обох шарів утворені ромбики чи квадрати.

Текст

Дивитися

Реферат: Стенд для моделювання елементів слідкуючої системи ока, який належить до області біології та медицини, який дозволяє досліджувати властивості клітин сітківки і м'язів ока на моделях, а не на живих тваринах. Елементи стенда можна використати для створення технічних систем. Стенд містить задатчик сигналу, порівняльний пристрій, виконавчий механізм і датчик кута повороту, зв'язаний з валом кульки ока, виконавчий механізм має електромеханічний перетворювач, що регулює тиск в поздовжньо-гофрованих трубках для повороту кульки ока, задатчик має модель подвійного синцитію та шар моделей амакринів, в кожної моделі біполяра є збуджуючий зв'язок до своєї моделі амакрина, вихід моделі амакрина приєднаний до спільної шини. Кожна модель амакрина, виконана як тиристорна модель нейрона, має гальмівний зв'язок від спільної шини, на виході містить додатковий тиристорний нейрон, частота імпульсів якого визначається положенням, виходи додаткових нейронів приєднані до шини виходу задатчика сигналу і мають гальмівні зв'язки від шини виходу. За допомогою запропонованого стенда досягається можливість неспотвореної обробки інформації при збудженні декількох рецепторів, та можливість визначати напрям та відстань до найближчого точкового об'єкта, слідкувати за складними об'єктами і готувати їх до розпізнавання. Збільшено надійність трубки при високих тисках, що дозволяє застосовування в маніпуляторах. UA 109722 C2 (12) UA 109722 C2 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Стенд відноситься до біології та медицини і дозволяє досліджувати властивості клітин сітківки і м'язів ока на моделі, а не на живих тваринах. Елементи стенда можна використати для створення технічних систем та імплантатів сітківки. Відома модель сітківки ока [І] для слідкування за точковим об'єктом. Синцитій горизонтальних клітин моделюється решіткою резисторів, синцитію рецепторів немає, відповідь рецептора кодується напругою, а не струмом, і тому рецептивного поля біполяра немає. Модель синцитію амакринів, ланцюжок послідовно з'єднаних резисторів, підключено до джерела напруги так, що кожному вузлу відповідає своя величина напруги. Освітлення рецептора включає повторювач напруги, щоб передати напругу з вузла ланки резисторів на спільну шину. В реальній сітківці рецептори не мають прямих зв'язків до шару амакринів, лише через біполяри. Недоліки аналога: немає блока, який би дозволив отримати відомий профіль рецептивного поля, немає моделі імпульсного нейрона основної цеглинки нервової системи, немає блока, який би кодував положення збудженого біполяра частотою імпульсів. Для повороту ока пропонується електродвигун, який погано працює в режимах тремору та саккад, тому що в ньому масивний якір повинен весь час швидко змінювати напрямок руху. Істотний недолік аналога - слідкування можливе лише за одним точковим об'єктом. Відома модель м'яза [2] на основі гумової трубки, покритої косими нитками, яка, в порівнянні з електродвигуном, менш інерційна. За допомогою нерухомого наконечника, з отвором для впуску та випуску повітря, оболонка герметично кріпиться одним кінцем до корпусу електромеханічного перетворювача. На другому кінці оболонки є рухомий наконечник для приєднання, за допомогою троса або ременя, до об'єкта. Ромбовидні клітинки сітки армування не заважають збільшенню діаметра цієї оболонки і її вкороченню. В прикладах використання цієї моделі м'яза є моделі руки з парами м'язів, а трубки для підводу стисненою повітря не показані. Є приклад використання трьох оболонок, щоб крутити колінчастий вал із швидкістю від 20 до 200 обертів за хвилину. Використання гумової трубки із значною площею ромбиків між нитками обмежує величину максимального тиску в декілька атмосфер, тоді як подібні за будовою рукави високого тиску витримують десятки і сотні атмосфер, тому що там можна використовувати не лише гуму, а площа ромбиків значно менша. Тертя між вільно покладеними нитками та трубкою обмежує точність і довговічність цієї оболонки. Істотний недолік аналога при збільшенні тиску, в місці, де відстань між нитками більша, гумова трубка потоншується, виникає пузир і вона лопається. Тому забороняється використовувати ці трубки в присутності людини, а двигун внутрішнього згоряння з гуми малоймовірний. Відомі моделі рецептивних полів простих та складних клітин зорового аналізатора [3], де вказано, якщо зрозуміємо властивості рецептивних полів, то зрозуміємо принципи роботи зорового аналізатора. Але як створюється рецептивне поле біполяра вцентральній ямці сітківки, яке, через і аніліозні клітини, передається у вищі зони кори і з якого створюються всі інші поля, не вказано. Недолік конусів зв'язків від рецепторів до біполярів в центральній ямці нема, тому в цій моделі невідомо, як створюється рецептивне поле біполяра. Відома слідкуюча система, в якій виконавчий механізм виконано на основі пари поздовжньогофрованих трубок [4], що не мають елементів тертя. При збільшенні внутрішнього тиску, гофри розгладжуються, діаметр трубки збільшується і вона вкорочується. Трубку можна виконати по дешевій технології так, як виготовляються пластикові пляшки. Електромагнітний перетворювач для керуванням тиском в трубках - струминна трубка. Стиснене повітря від струминної трубки подається більше в ту оболонку, скорочення якої забезпечить необхідний кут повороту. Рухомі кінці оболонок за допомогою тросів чи ременів кріпляться до шківа. Модель тиристорного нейрона - конденсатор та тиристор з'єднані паралельно. Верхня обкладинка конденсатора та анод тиристора - вхід моделі нейрона і до них приєднуються моделі синапсів польові транзистори. На анодному керуючому електроді тиристора, який, через резистор, приєднується до джерела порогової напруги, генерується вихідний імпульс, який інвертується у формувачі імпульсів. Формувач вихідних імпульсів на основі польового транзистора або ж комплементарної пари польових транзисторів не споживає струм по входу, а на виході є збуджуючі імпульси з достатньою величиною струму, які можна передавати на декілька інших моделей нейронів. Якщо до виходу цього формувача-інвертора підключити ще один, то отримаємо гальмівні імпульси. Порівняльний пристрій з 4-х моделей нейронів, з'єднаних по схемі реципрокного гальмування, має два виходи до двох котушок струминної трубки. Вал змінного резистора, датчика кута повороту, кріпиться до вала шківа. Задатчик сигналу теж змінний резистор і напруги від повзунків обох резисторів подаються на входи порівняльного пристрою. Величина напруги задатчика сигналу кодується частотою імпульсів і порівнюється з частотою від датчика сигналу за рахунок перехресних гальмівних зв'язків. Якщо частоти задатчика і датчика рівні, то рівні і гальмівні впливи, а отже рівні і частоти на котушках 1 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 струминної трубки. Струминна трубка знаходиться точно посередині між отворами для правої та лівої трубок і тиск в трубках однаковий. Таким чином кут повороту резистора задатчика задає кут повороту шківа. Істотний недолік цієї слідкуючої системи, що задатчик - змінний резистор, а не елементи сітківки ока. Жорсткість гофрів пластикової трубки під тиском і різна довжина ліній вершини та канавки гофрів, зменшують надійність роботи цього виконавчого механізму. Відома тиристорна модель нейрона [5], де моделі синапсів - оптрони. Світлодіод включено в катод тиристора, послідовно з обмежуючим резистором, що зменшує швидкодію. Послідовне чи паралельне включення декількох світлодіодів змінює параметри схеми та вихідних імпульсів. Від керуючого електрода до землі є резистор, через який весь час протікає струм. Недолік низька швидкодія, великий струм споживання і мале розгалуження по виходу. Модель ока [6] є прототипом винаходу і має всі необхідні блоки слідкуючої системи, але її задатчик має модель подвійного синцитію, де з однієї сторони включені рецептори, а з іншої біполяри. Кожний рецептор є таким джерелом струму, що струм витікає з вузла синцитію рецепторів і втікає у відповідний вузол синцитію горизонтальних клітин. Кожний синцитій моделюється своєю ланкою резисторів так, що величини опору горизонтальних резисторів синцитію рецепторів, 4,3кОм, а для синцитію горизонтальних клітин менші, 1,2кОм. Модель біполяра суматор на основі операційного підсилювача. Неінвертуючий вхід операційного підсилювача заземлено і обидва вузли синцитіїв через вертикальні резистори з величиною опору 5,6кОм, підключаються до інвертуючого входу. Відповіді біполяра на почергове освітлення рецепторів дають відомий профіль рецептивного поля on-типу у вигляді мексиканської шляпи. В тиристорній моделі гангліозної клітини можна розширити вихідний імпульс шляхом підключення до керуючого електрода додаткового конденсатора, але це зменшує швидкодію. Тиристор, складений з двох транзисторів, дозволяє краще пояснювати принципи роботи схеми і дозволяє при необхідності повністю перевернути включення всіх елементів, але не вказано як може такий крок збільшити швидкодію моделі. Пара поздовжньогофрованих трубок з гуми, армовані наклеюванням кільцевих та поздовжніх ниток, повертають кульку ока в горизонтальній площині. Вал кульки ока скріплено з валом датчика кута повороту. Під дією збудженого біполяра, напруга з ланки резисторів синцитію амакринів може передаватись на спільну шину. Якщо пред'явлено декілька точкових об'єктів, то відповідь на спільній шині буде спотворена. Точні резистори і джерело напруги, для кодування положення збудженого рецептора величиною напруги, в шарі амакринів не відомі. Істотний недолік прототипу - не точне моделювання властивостей амакринів, особливо кодування положення збудженого рецептора частотою імпульсів. Вузька сфера застосування тиристорних нейронів з максимальними частотами в десятки кілогерц та моделей м'язів з гуми, які лопаються при випадковому збільшенні тиску до декількох атмосфер. Основна задача винаходу - створити більш точну модель шару амакринів, яка б дозволила кодувати положення точкових об'єктів частотою імпульсів. Поставлена задача вирішується тим, що в кожного біполяра є збуджуючий зв'язок до своєї тиристорної моделі амакрина, вихід якої йде на спільну шину і є гальмівні зв'язки від спільної шини до кожного амакрина. На виході кожного амакрина включено додатковий тиристорний нейрон, частота імпульсів якого визначається його положенням. Виходи всіх додаткових нейронів приєднані до шини виходу задатчика і є гальмівні зв'язки від шини виходу до кожного додаткового нейрона. Кут повороту кульки ока відповідає положенню найближчого збудженого рецептора, тобто частоті імпульсів на шині виходу. Таким чином досягнута можливість неспотвореної обробки інформації при збудженні декількох рецепторів. Можна визначати напрям та відстань до найближчого точкового об'єкта, слідкувати за складними об'єктами і готувати їх до розпізнавання. Додаткове завдання: підвищити швидкодію тиристорного нейрона. Поставлена задача вирішується шляхом заземлення бази катодного транзистора, під час генерації вихідного імпульсу, щоб швидше відновити запірні властивості тиристора. Для цього до бази катодного транзистора підключено гальмівний зв'язок. Наприклад, підключено колектором додатковий транзистор, емітер якого включено на землю, а базу до виходу формувача імпульсів. Час реакції нейрона зменшено від мілісекунд до мікросекунд, що дозволяє застосовування в швидкодіючих технічних пристроях, типу системи керування автомобілем. Друга додаткова задача: збільшити надійність трубки. Поставлена задача вирішується тим, що нитки 1-го шару армування щільно наклеєні на трубку під кутом до осі трубки, нитки 2-го шару наклеєні поверх 1-го шару під протилежним кутом так, що, утворені нитками обох шарів, ромбики подібні до квадратів. Це розширює діапазон робочих тисків трубки від одиниць атмосфер до десятків атмосфер і дозволяє її застосовування в маніпуляторах. Суть винаходу пояснюється на фіг. 1 блок схемою, на якій показано шар амакринів з додатковими нейронами. На фіг. 2 - схема подвійною синцитію. На фіг. 3а - пара обмежувачів 2 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 струму для 1-го вузла синцитію рецепторів та відповідного йому 32-го вузла синцитію горизонтальних клітин на основі фотодіодів, а на фіг. 3б - на основі стабілізаторів напруги. На фіг. 4 - фото загального вигляду виконавчого механізму з більшою кількістю деталей і з іншим кутом повороту кульки ока. На фіг. 5 - графіки рецептивних полів для випадку, коли спочатку збуджують центральний рецептор, що відповідає фіг. 1 та 2, а потім рецептори зліва від центрального. На фіг. 6 - схема нейрона з формувачем імпульсів на основі польового транзистора з р-каналом та осцилограми напруг на її вході і виході. На фіг. 7 - формувач імпульсів на основі комплементарної пари польових транзисторів. На фіг. 8 - схема нейрона та осцилограми для формувача імпульсів з додатковою RC лапкою, щоб збільшити тривалість вихідного імпульсу. На фіг. 9 - графік двомірного рецептивного поля синцитію горизонтальних клітин. На фіг. 10 - зображення частини оболонки з великою кількістю мілких гофрів, збільшене настільки, щоб показати ромбики ниток армування під обручами і поздовжні дроти. На фіг. 11 ланка руки з двома парами поздовжньо-гофрованих оболонок, в якій стиснене повітря подається в оболонки з основної труби через магнітоелектричні перетворювачі в галеті. На фіг. 1 дано основні блоки слідкуючої системи. Задатчик сигналу - подвійний синцитій, шар амакринів із спільною шиною і з додатковими нейронами, виходи яких приєднані до шини виходу задатчика. Датчик - змінний резистор, механічно зв'язаний з валом кульки ока. Порівняльний пристрій - 4 моделі нейронів, включені по схемі реципрокного гальмування. Виконавчий механізм - пара поздовжньо-гофрованих трубок, оболонок направленої деформації, рухомі кінці яких приєднано до кульки ока, а нерухомі герметично приєднані до корпусу струминної трубки. На фіг. 2, в схемі подвійного синцитію, рецептор сітківки моделюється джерелом струму так, що струм витікає з вузла синцитію рецепторів і втікає в вузол синцитію горизонтальних клітин. Кожний синцитій моделюється своєю ланкою резисторів так, що величини опору горизонтальних резисторів синцитію рецепторів, наприклад, 4,3кОм, а для синцитію горизонтальних клітин менші, наприклад, 1,2кОм. Якщо модель рецептора на основі пари фотодіодів, то включений вмикач для рецептора №16 графічно показує, що на цей рецептор в даний момент подається світло. На фіг. 3а) показано модель рецептора на основі двох зворотно включених фотодіодів з однаковими параметрами і з однаковим освітленням, але підключених до джерел напруги різної полярності. Кожна модель біполяра - суматор на основі операційного підсилювача, величини опору вертикальних резисторів однакові, наприклад, 5,6кОм. На фіг. 1 показано стрілками, що вихід кожного біполяра під'єднаний до свого амакрина через модель збуджуючого синапса, наприклад, через перетворювач напруга-струм на основі польового транзистора з р-каналом. Кожний амакрин виконано по схемі тиристорної моделі нейрона, фіг.6, і при роботі на частотах в декілька кілогерц транзистор Q3 не обов'язковий. Вихідні імпульси амакрина, через збуджуючі синапси, подаються на спільну шину, на додатковий нейрон і можуть подаватись на свою модель гангліозної клітини. Для кожного амакрина від спільної шини є гальмівний синапс, наприклад польовий транзистор з каналом n-типу. Частота імпульсів додаткового нейрона визначається його положенням і подається на шину виходу задатчика, а отже на вхід нейрона порівняльного пристрою NZ. Для кожного додаткового нейрона від шини виходу є гальмівний синапс. Напруга з повзунка змінного резистора, через збуджуючий синапс, подається на вхід нейрона ND датчика. Збуджуючі синапси йдуть від нейрона NZ до нейрона NL лівої котушки і від ND до NR правої котушки струминної трубки. Від NZ до NR І ВІД ND ДО NL, йдуть гальмівні синапси. Виходи порівняльного пристрою, тобто виходи NR та NL, під'єднані до правої та лівої котушки струминної трубки. Розглянемо роботу стенда при умові, що кулька ока повернута, як на фіг. 4, вправо. Необхідно, щоб середньому положенню кульки ока відповідало середнє положення повзунка змінного резистора, а частота імпульсів нейрона датчика ND була рівна частоті на шині виходу задатчика при збудженому центральному рецепторі, наприклад 16кГц. Така вимога відповідності частот нейронів датчика та задатчика зберігається і для інших положень повзунка датчика. Якщо збуджено центральний рецептор і величина струму, наприклад 4мА, а параметри резисторів подвійного синцитію відповідають вищевказаним, то у вузлі 16 синцитію рецепторів буде напруга -9В, а у вузлі синцитію горизонтальних клітин буде + 5В. Для всіх сусідніх вузлів напруга буде спадати по експоненті. Всі ці напруги викличуть відповідні струми у вертикальних резисторах і на вході кожного біполяра буде своя сума струмів. Якщо величина опору резисторів зворотного зв'язку операційного підсилювача 5,6кОм, то коефіцієнт підсилення рівний -1 і напруга на виході центрального біполяра буде 4В. На сусідніх виходах напруги будуть в декілька раз менші, а ще далі вони будуть з мінусом, що і показано на графіку фіг. 5 (суцільна жирна лінія). Максимальна напруга на виході біполяра в 16, а отже і на вході збуджуючого синапса, буде задавати максимальний струм в каналі польового транзистора, 3 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тобто величину заряду конденсатора СІ амакрина а16, схема фіг.6. Якщо порогові напруги +US і ємності конденсаторів С1 всіх амакринів однакові, то чим більший струм заряду, тим швидше напруга на конденсаторі С1 в нейроні а16 досягнене порогового рівня. Тиристор, складений з транзисторів Q1 та Q2, відкриється і розрядить конденсатор СІ. В момент розряду, напруга на аноді, показана тонкою сірою лінією на осцилограмі фіг.6, і в анодному керуючому електроді тиристора, показана більш жирною лінією, впаде майже до нуля. Тиристор закриється і конденсатор СІ знову почне заряджатись. Так як струм через резистор R1 більший, чим струм заряду, а ємність цього переходу тиристора менша, то напруга в анодному керуючому електроді швидше досягне свого порогового рівня, чим напруга на конденсаторі. В анодному керуючому електроді сформується імпульс напруги і відкриє польовий транзистор з р-каналом Q4, в стоці якого включено резистор R2, один для всіх польових транзисторів, об'єднаних спільною шиною. Ріст напруги на спільній шині, а отже і на затворах польових транзисторів з nканалом, стоки яких приєднані до конденсаторів, а витоки заземлені, відкриє ці транзистори. Конденсатори всіх амакринів будуть розряджені і після цього вони знову можуть заряджатись з однієї точки старту. Якщо центральний рецептор залишиться збудженим, то лише на його виході будуть імпульси, які передаються по збуджуючому зв'язку на свій додатковий нейрон, шар додаткових нейронів кодує збудження свого амакрина частотою на шині виходу задатчика, яка однозначно відповідає положенню збудженого біполяра. Частота імпульсів додаткового нейрона не залежить від частоти вхідних імпульсів, а залежить від його номера і може задаватись величиною провідності збуджуючого зв'язку, величиною порогу чи ємності. Так як в кожному додатковому нейроні є гальмівний зв'язок від шини виходу, то частота імпульсів на шині виходу буде залежати від положення збудженого рецептора і буде подаватись на збуджуючий вхід нейрона NZ порівняльного пристрою. Напруга з датчика подається через збуджуючий зв'язок на вхід нейрона ND порівняльного пристрою і перетворюється у відповідний струм заряду його конденсатора, а отже і у відповідну частоту імпульсів цього нейрона ND. Якщо кулька ока повернута, як на фіг. 4, вправо, то частота датчика менша від частоти задатчика. Імпульси з більшою частотою будуть більше збуджувати нейрон N L ЛІВОЇ котушки і гальмувати нейрон N R правої котушки. Із-за цього частота N L збільшиться і збільшиться струм через ліву котушку, а частота NR зменшиться і зменшиться струм через праву котушку. Струминна трубка почне повертатись до центрального положення, яке на фіг. 1 показано пунктирним кільцем і при цьому положенні струминної трубки тиск в обох оболонках буде однаковим. Із-за цього кулька ока і зв'язаний з нею датчик теж займуть центральне положення. Частота імпульсів нейрона ND датчика стане рівною частоті імпульсів нейрона NZ задатчика і кут повороту кульки перестане змінюватись. Якщо ж збуджено рецептор 11, то на виході його біполяра буде максимум напруги, конденсатор СІ його амакрина зарядиться першим і розрядить всі інші конденсатори, але частота його додаткового нейрона відповідає його положенню, наприклад, 11 кГц. Аналогічна ситуація буде при збудженні рецептора №6, але починаючи з рецептора №5 і далі до лівого кінця діапазону максимум рецептивного поля почне зменшуватись, що і показано на фіг. 5. Щоб точність не зменшувалася, можна добавляти частоту для крайніх додаткових нейронів або ж збільшити кількість рецепторів. Для правої половини діапазону картина буде симетрична. Варіанти. Можна отримати точні значення струму для кожного рецептора в більшому діапазоні, якщо створити обмежувач струму на основі стабілізатора напруги, наприклад, типу LM317, як на фіг. 3 б). Кожний стабілізатор підключається до джерела напруги, в залежності від полярності, по своєму, але величина напруги та величина опору резистора однакові, що гарантує точність значень струму. Можна створити модель рецептора на основі декількох послідовно з'єднаних сонячних елементів і включити послідовно фотодіод, щоб отримати залежність вихідного струму від освітлення, але технологія виготовлення має гарантувати, що при однаковому освітленні струми у вузлах будуть однаковими. Рецептивні поля біполярів onтипу у вигляді мексиканської шляпи, як на фіг. 5, мають на кінцях діапазонів майже нульові значення напруги у вузлах синцитіїв. Якщо ж збуджені всі рецептори, крім центрального, то теж отримаємо рецептивне поле біполяра у вигляді мексиканської шляпи, але це рецептивне поле off- типу буде перевернуте відносно до першого. Рецептивні поля рецепторів та горизонтальних клітин будуть мати на кінцях діапазонів максимальні значення напруги у вузлах, для даного випадку 22,4В, але ці рецептивні поля біполярів on- та off- типу будуть відрізнятися лише знаками. Цей результат дозволяє працювати не лише із світлою точкою на темному фоні, але і з темною точкою на світлому фоні. Амплітуда напруг від сусідніх рецептивних полів теж в декілька раз менша. Можна замінити вертикальні резистори подвійного синцитію на регульовані напругою опори, тобто на польові транзистори. Горизонтальні резистори подвійною синцитію можна замінити на резистивні шари, як це використовується в змінних резисторах. 4 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Схема тиристорної моделі нейрона, на фіг. 6 відрізняється від прототипу лише додатковим біполярним транзистором Q3. Анодний керуючий електрод, через 1-й обмежувач струму, наприклад резистор R1, підключено до джерела порогової напруги, наприклад до -МОВ, як на схемі. До цього резистора підключено затвором польовий транзистор Q4 з каналом р-типу. Стік цього транзистора підключено для простоти першої схеми також до джерела порогової напруги, хоча більш вірно підключати його до окремого джерела напруги живлення, обов'язково на декілька вольт більшої напруги. Витік цього транзистора, як і в прототипі, через 2-й обмежувач струму, наприклад резистор R2, підключено до землі. Так як Q4 інвертує сигнал, то на резисторі R2, а отже і на базі додаткового біполярного транзистора Q3, в момент генерації імпульсу, появиться імпульс. Транзистор Q3 відкриється і база транзистора Q2 виявиться заземленою, що дозволяє швидко вивести звідти надлишковий заряд. Якщо використати високочастотні транзистори і зменшити величину ємності, то запірні властивості тиристора будуть відновлюються за десятки наносекунд і така схема може працювати на мегагерцах. Для мікромініатюризації R1 та R2 можна замінити обмежувачами струму на основі польових транзисторів, діодів Шотткі і т.п. Замість додаткового транзистора Q3 можна поставити додатковий n-канальний польовий транзистор, затвор якого приєднати до виходу нейрона. На фіг. 7 показано варіант схеми тиристорного нейрона з інвертором U1A на основі комплементарної пари польових транзисторів, вихідний сигнал подається на базу додаткового транзистора Q3 через 2-й обмежувач струму. Вихід цього інвертора гальмівний вихід для наступних нейронів. Якщо ж потрібний збуджуючий вихід, то необхідно поставити ще один інвертор. Перевага цього варіанта з інвертором в тому, що до виходу інвертора можна приєднати більше польових транзисторів, моделей синапсів. На фіг. 8 схема нейрона з більшою тривалістю вихідного імпульсу. Розряд С2 через перехід емітер-база додаткового транзистора Q4. Заряд С2 через обмежувач струму, наприклад, через резистор R2, величину опору якого можна збільшувати і тим самим збільшувати тривалість вихідного імпульсу. На осцилограмі експонента заряду С2 темно-сірого кольору. Якщо в основній схемі, тривалість імпульсу менше 50нс, то в цьому варіанті схеми нейрона, при вхідному струмі 0,2 мА і при частоті 300кГц, тривалість імпульсу більше 2мкс. Схеми узгодження виходів схеми нейрона з входами електромеханічних перетворювачів залежать від типу перетворювача, але для того щоб не вивести з ладу вихідний транзистор необхідно включити паралельно кожній котушці струминної трубки діод, як на фіг. 1. На фіг. 4 видно, як приклеєна краплею клею гнучка нитка до кульки ока, хоча можливі і інші варіанти кріплення, наприклад шляхом припаювання кінчика металевого троса. Так як в даному варіанті стенда кулька ока ще не має всередині моделі сітківки, а модель задатчика може бути розташована напроти кульки півколом і кулька ока буде повертатись на включену пару обмежувачів струму, то кріплення кульки ока до підставки могло б бути простішим, просто вертикальна вісь. Але для двомірного варіанта стенда таке кріплення, як на фіг. 4, дозволяє вставити ще одне кільце, від якого тут зараз лише верхня та нижня частинки, і ще пару вертикально розташованих трубок. В корпусі струминної трубки потрібні відповідні отвори і ще одна струминна трубка. Якщо ж добавити ще пару моделей м'язів для повороту кульки ока відносно поздовжньої осі, то необхідно ще одне кільце з можливістю повороту відносно поздовжньої осі і ще одна струминна трубка. На фіг.4 видно, як при роздуванні правої оболонки, на її поверхні створюються чотирикутники маленьких гнучких парашутів. Поздовжні краї парашута можуть бути нитки, для більш міцних варіантів дроти, а поперечні краї парашута обручі з гнучких ниток. Якщо послідовно з'єднати три сегменти поздовжньо-гофрованих оболонок, то величина скорочення збільшиться в три рази. При паралельному з'єднанні оболонок збільшується створюване зусилля. На фіг. 11 показано, як можна використати послідовно і паралельно включені сегменти для однієї ланки моделі руки. Щоб забезпечити швидкі та потужні рухи і не ускладнювати конструкцію додатковими трубками для підводу стисненого повітря основна труба конструкції виготовлена пустотілою з металу або ж з міцного композита і мас ребра жорсткості. В галетах кожної ланки розміщені магнітоелектричні перетворювачі для регулювання тиску повітря в оболонках. Кожна галета герметично закріплюється на основній трубі і до неї може бути прикріплена пара шківів попередньої ланки. На другому кінці основної труби герметично закріплені вилка, для з'єднання із шківами наступної ланки, та сильфон, для передачі стисненого повітря в основну трубу наступної ланки. Така конструкція з трубок міцна і разом з тим легка. На фіг. 10 показано збільшене зображення частини оболонки і ромбики косих ниток. Цей внутрішній еластичний шар гарантує герметичність і згин гофрів. Наступний шар обручів не обов'язковий і збільшує міцність в кільцевому напрямі. Зовнішній шар дротів збільшує міцність в поздовжньому напрямі і перетворює збільшення поперечних розмірів оболонки в скорочення. 5 UA 109722 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Чим тонша оболонка, тим легша і тим більше гофрів може бути по колу. Косі нитки композита можуть бути розміщені ще більш щільно одна до одної і з'єднані матрицею. Мілкі гофри, менше 1 мм висотою, для 100 мм довжини, будуть гнутись і в тонкому металі, тобто така оболонка буде придатна для створення на її основі двигуна внутрішнього згоряння. Якщо кодувати положення збуджених амакринів частотою так, що чим ближче об'єкт до правого краю, тим вище частота, то на шині виходу лівого ока отримаємо частоту найближчого до носа об'єкта. Якщо ж є два ока, навіть повністю нерухомих, і дві шини задатчика з частотами, залежними від положення, то на цих шинах будуть частоти-координати лише найближчого до носа об'єкта від кожного ока, тобто напрям і відстань. Якщо ж очі, а можливо голова і навіть корпус, можуть рухатись, слідкуючи за об'єктом, то частоти відповідних мотонейронів будуть давати точні координати відносно голови чи корпусу. Круглі рецептивні поля можна об'єднати по лінії і отримати детектор лінії [3]. Виходи амакринів можна подати через гангліозні клітини на модель зони VI сіріарної кори чи 4-х горбикового тіла, створити вищий контур слідкуючої системи, щоб слідкувати і розпізнавати більш складні об'єкти. Пристрій для розпізнавання зображень може бути виконаним у вигляді конвеєра векторних процесорів. На 1-й стадії цього конвеєра зображення у вигляді мозаїки точок перетворюється у вектор первинних ознак і відбувається адаптація до рівня освітленості шляхом нормування довжини вектора по еталону. На 2-й стадії - скалярне множення вектора первинних ознак на вектори базисних ортогональних функцій, щоб отримати вектор вторинних ознак з коефіцієнтів Фур'є. Вектор вторинних ознак можна використовувати для слідкування за сигналом більш складної форми. На 3-й стадії відбувається класифікація вхідного сигналу по його коефіцієнтах Фур'є. Майже миттєво вектор множиться одночасно на всі вектори-еталони і приймається рішення. В даному випадку рецептивне поле детектора лінії та краю ортогональні між собою та до постійної складової сигналу. Знаходимо рецептивне поле, де сума квадратів коефіцієнтів Фур'є максимальна і слідкуємо за цим максимумом, щоб розпізнати сигнал в процесі слідкування. Для більш складних сигналів потрібно, як і для тригонометричних функцій або ж інших ортогональних функцій, із даних рецептивне поле створити наступні ортогональні функції. Таким чином даний стенд має розвиток в перспективі, аж до створення такої моделі, яка зможе слідкувати за складними сигналами і розпізнавати їх. Для створення детектора лінії потрібно з десяток простих зв'язків. Детектор краю можна створити двома зв'язками від детекторів лінії. Рецептивне поле складних клітин можна створювати з детекторів краю, рецептивне поле орієнтаційних колонок з детекторів ліній [3]. Гіперколонка, яка має повний набір детекторів, при розпізнаванні букв, написаних від руки, не реагує на те, що локальні відстані і кути не нормовані. Знаючи властивості рецептивних полів, можна створити більш точні моделі для імплантата ока. Згідно з відомими даними, мільйони людей страждають від сліпоти і тому в багатьох наукових центрах намагаються створити необхідні імплантати. Джерела інформації: 1. Μ Maher, S. Deweerth, Μ. Mahowald, С. Mead. Implementing neural architectures using analog VLSI circuits. IEEE on circuits and systems, vol. 36, no. 5, May 1989. 2. Xecce C. 150 примеров применения пневматическою мускула. Пер. с англ. К.: Фесто, 2003,140с. 3. Д. Хьюбел. Глаз, мозг, зрение. Пер. с англ. М. Мир, 1990, 239с. 4. Р.В. Ляховецький, B.J1. Зима, СВ. Кисляк, М.С. Мірошниченко. Моделювання елементів нейронно-м'язового сервомеханізму. //Біофізичний вісник, вип. 1, Вісник Харківського університету № 560, 2002, с. 88-94. 5. А.В. Прикмета, Д.В. Бондарюк, 0.0. Лазарєв. Штучні нейрони на R- та С- негатронах. Тези доповідей 8-ї Міжнародної науково-технічної конференції РТ-2012. 23-27 квітня 2012 року, Севастополь, с. 305. 6. О. Ivanov, R. Lyachovetsky, V. Gurmach. Artificial Retina: mechanism of receptive field arising. International Life Sciences Students Conference Kyiv-2009. p.20. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Стенд для моделювання елементів слідкуючої системи ока, що має задатчик сигналу, порівняльний пристрій, виконавчий механізм і датчик кута повороту, механічно зв'язаний з валом кульки ока, виконавчий механізм містить електромеханічний перетворювач для регулювання тиску в парі поздовжньо-гофрованих трубок для повороту кульки ока, задатчик має моделі клітин сітківки ока, а саме модель містить матрицю моделі подвійного синцитію з моделями рецепторів на вході, де модель рецептора є керованим джерелом струму, і 6 UA 109722 C2 5 10 15 моделями біполярних клітин на виході, та модель шару амакринових клітин, яка перекодовує положення вхідного сигналу у відповідну частоту імпульсів, вхід кожної моделі біполярної клітини через вертикальні резистори приєднаний до своїх вузлів моделей подвійних синцитіїв, а її вихід по збуджуючому зв′язку приєднаний до входу своєї моделі амакринової клітини, кожна модель амакринової клітини виконана як тиристорна модель імпульсного нейрона, виходи всіх моделей амакринових клітин по збуджуючих зв′язках приєднані до спільної шини, який відрізняється тим, що кожна модель амакринової клітини містить гальмівний зв'язок від спільної шини, вихід кожної моделі амакринової клітини по збуджуючому зв′язку поданий на вхід своєї моделі додаткового нейрона, яка теж виконана як тиристорна модель імпульсного нейрона і має частоту вихідних імпульсів, пропорційну своєму положенню, виходи моделей додаткових нейронів по збуджуючому зв′язку подаються по шині виходу задатчика на вхід порівняльного пристрою, кожна модель імпульсного нейрона має гальмівний зв'язок від свого виходу, що виконаний наприклад з додатковим біполярним транзистором, емітер якого включено на землю, базу підключено до виходу формувача імпульсів, а колектор підключено до катодного керуючого електрода тиристора, при цьому поздовжньо-гофрована трубка виконавчого механізму виконана з еластичного матеріалу, в якому нитки 1-го шару армування щільно наклеєні на трубку під кутом до осі трубки, а нитки 2-го шару армування щільно наклеєні поверх 1-го шару під протилежним кутом до осі трубки так, що нитками обох шарів утворені ромбики чи квадрати. 7 UA 109722 C2 8 UA 109722 C2 9 UA 109722 C2 10 UA 109722 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11

Додаткова інформація

Автори англійською

Liakhovetskyi Roman Vasyliovych

Автори російською

Ляховецкий Роман Васильевич

МПК / Мітки

МПК: G06G 7/48, G06G 7/60

Мітки: елементів, слідкуючої, ока, системі, стенд, моделювання

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/13-109722-stend-dlya-modelyuvannya-elementiv-slidkuyucho-sistemi-oka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Стенд для моделювання елементів слідкуючої системи ока</a>

Подібні патенти