演化硬件概念分析

2011-06-11 23:51:05来源: 互联网
演化硬件实际上是一种特殊硬件,它可以像生物一样具有自适应、自组织、自修复特性,从而可以根据使用环境的变化而改变自身的结构以适应其生存环境。从狭义上来讲,演化硬件是通过演化算法实现电子硬件的自身重构;从广义上来讲,演化硬件包括各种形式的硬件,从传感器到能够适应变化的环境,并且在运行期间增强其性能的整个演化系统。除了生成具有新功能的电路以外,演化硬件还可用于保持现有功能,获得容错、确定电路的功能,从而减少故障的发生。这些特点在空间应用中是相当重要的,例如通过硬件演化可以使宇宙飞船在空间自修复、自适应,恢复由于温度升高等因素而丧失的功能,适应恶劣的环境并延长其使用寿命。
  早在本世纪五十年代,计算机之父John Von Neumann就提出了研制具有自繁殖与自修复能力机器的设想,由于当时技术条件的限制使这一设想未能实现。但人们探索的脚步却从未停止,先后发明了如细胞自动机、人工神经网络与人工生命等技术,但从根本上说它们未能超越各自划定的特殊模式。
  直到演化计算和大规模可编程芯片的出现,这一设想才成为可能。演化计算集成了“仿生”与“拟物”演化的成就,它的发展带来了一种新的思想。演化计算是自然科学与工程技术的高度交叉,其广泛的应用开辟了许多新的研究领域,其中最吸引人的领域之一就是演化硬件(EHW或E-Hard,Evolvable Hardware)。
  近几年的研究进展表明EHW为硬件设计自动化、并最终实现硬件自组织、自适应和自修复开辟了一条新途径,为自然科学与工程技术的结合描绘了迷人的前景,开创了一门新的学科——进化电子学。开展EHW的理论与技术研究具有巨大的实用价值和重大的理论意义,一旦EHW得到充分实现,它将开辟进化工程这一具有重大价值和广阔应用前景的新兴产业,特别是在工业、人工智能、航空航天以及军事上的巨大应用潜力。
  演化硬件的概念最初是由日本的HugodeGaris和瑞士联邦工学院于1992年提出的[4],虽然历史不长,但其发展非常迅速。1995年第一个硬件演化技术研究机构在瑞士的洛桑成立。1996年第一届国际演化系统会议(International Conference on Evolvable Systems,简称ICES)在日本召开,1998年第二届ICES会议在瑞士召开,第三届工CES会议于2000年在英国召开,第四届ICES会议于2001年在日本召开。从1992年到1999年,硬件演化技术的研究机构主要分布在欧洲和日本。美国在硬件演化技术领域起步稍晚,但其发展迅速,后来居上。从1999年起,每年由美国国家空间管理局NASA (National America Space Administration) 和国防部DoD(Department of Defense)主持召开硬件演化技术研究工作会议。美国在硬件演化机理与应用基础研究方面取得了很大的成绩,已经在这一研究领域处于国际领先地位。
  演化硬件的研究方法主要分为两大类,即面向遗传算法(Genetic Algorithm-GA)的方法与面向胚胎学(Embryology)的方法。
  面向GA方法的目的在于开发一类能改变自身硬件结构的机器,同时也试图开发一类新的硬件设计方法学(即不要涉及人的硬件设计),日本的ETL,ATR与英国的Sussex大学采用这类方法;
  面向胚胎学方法的目的在于开发一种能够自繁殖(Self-reproduce)和自修复(Self-repair)的机器,瑞士联邦工学院及日本的ATR人工脑小组正在进行这方面的研究

关键字:演化  硬件

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0611/article_9892.html
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