Název:

Evoluční a nekonvenční hardware

Zkratka:EUD
Ak.rok:2017/2018
Semestr:letní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
VTI-DR-4DVI4-volitelný
Vyučovací jazyk:čeština
Ukončení:zkouška (ústní)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:260000
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:1000000
Garant:Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D., UPSY
Přednášející:Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D., UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
 
Cíle předmětu:
  Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných a dalších nekonvenčních výpočetních systémů. Získat schopnost využívat vybrané biologií inspirované a další nekonvenční techniky ve fázi návrhu, implementace a v průběhu činnosti výpočetního systému.
Anotace:
  Předmět představuje vybrané výpočetní modely a výpočetní systémy, které vznikají na průniku hardware a umělé inteligence jako reakce na neschopnost konvenčních počítačů efektivně řešit jisté třídy úloh. Budou shrnuty relevantní teoretické modely, rekonfigurovatelné výpočetní architektury a techniky výpočetní inteligence inspirované fylogenezí, ontogenezí a epigenezí. Zejména budou diskutovány tyto oblasti: evoluční design, vyvíjející se obvody, celulární systémy, embryonální elektronika, DNA počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.
Okruhy otázek k SDZ:
1. Superturingovské počítání - vysvětlení konceptu
2. Rekonfigurovatelná zařízení pro evolvable hardware
3. Kartézské genetické programování
4. Evoluční návrh číslicových obvodů - princip
5. Problém škálovatelnosti evolučního návrhu obvodů a jeho řešení
6. Evoluční návrh analogových obvodů
7. Vyvíjející se obvody a adaptivní hardware
8. Celulární automaty v 1D a 2D, Wolframovy třídy, sebereplikace
9. Adlemanův experiment, DNA počítače
10. Kvantové celulární automaty, reverzibilní obvody
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu:
  Studenti budou schopni využít evoluční algoritmy pro návrh elektronických obvodů, budou schopni modelovat, simulovat a realizovat netradiční, zejména biologií inspirované, výpočetní systémy.
Dovednosti, znalosti a kompetence obecné:
  Pochopení vztahu mezi počítači (počítáním) a vybranými přírodními procesy.
Osnova přednášek:
 
  1. Úvod: Tradiční výpočetní modely, jejich meze, superturingovské počítání
  2. Počítačový hardware, implementační limity
  3. Počítání podle přírody: zdroje inspirace, výpočetní platformy, klasifikace
  4. Rekonfigurovatelné obvody
  5. Kartézské genetické programování
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů
  7. Vyvíjející se obvody
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Vývoj a vývin, celulární automaty, L-systémy
  10. Embryonální elektronika, celulární výpočetní platformy, Cell Matrix, POEtic
  11. Nanotechnologie a molekulární elektronika
  12. DNA výpočty
  13. Aktuální trendy
Osnova ostatní - projekty, práce:
 Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. 
Literatura referenční:
 
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3
  • Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0
  • Sekanina L., Vašíček Z., Růžička R., Bidlo M., Jaroš J., Švenda P.: Evoluční hardware: Od automatického generování patentovatelných invencí k sebemodifikujícím se strojům. Academia Praha 2009, ISBN 978-80-200-1729-1 
Literatura studijní:
 
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Greenwood, G., Tyrrell, A.: Introduction to Evolvable Hardware. A Practical Guide for Designing Self-Adaptive Systems. IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2006, ISBN 0-471-71977-3
  • Higuchi, T., Liu, Y., Yao, X.: Evolvable Hardware. Springer Verlag, 2006, ISBN: 0-387-24386-0
  • Mařík et al.: Umělá inteligence IV, Academia, 2003, 480 s., ISBN 80-200-1044-0
  • Sekanina L., Vašíček Z., Růžička R., Bidlo M., Jaroš J., Švenda P.: Evoluční hardware: Od automatického generování patentovatelných invencí k sebemodifikujícím se strojům. Academia Praha 2009, ISBN 978-80-200-1729-1 
Kontrolovaná výuka:
  Vypracování a prezentace projektu.