Устройство для моделирования нейрона

(19) (И УБЛИК зсю ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ О УДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ ССДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИ(72) А.В. Шмалько и М.А, Штуль (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 781846, кл. С 06 С 7/60, 1979.2. Авторское свидетельство СССР У 902033, кл. С 06 С 7/60, 980 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА, содержащее блок памяти, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, формирователь импульсов, преобразователь частоты в напряжение и сумматор, о т л ич а ю щ е е. с я тем, что, с целью повышения точности моделирования ивпомехоустойчивости, в него введены блок задания порога, усилитель напряжения, усилитель мощности, оптический излучатель и две группы световодов, выходы которых соединеныЪс соответствукнцими входами сумматора, выход которого через усилитель напряжения подключен к входу преобразователя частоты в напряжение, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом блока памяти, выход которого через формирователь импульсов иод " ключен к входу усилителя мощности, Е выход которого соединен с входом оптического излучателя, выход блока задания порога подключен к третьему входу схемы сравнения.Изобретение относится к .бионикеи может использоваться при построении нейронных сетей в кибернетичес 1ких системах распознавания образов,Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, аналоговый сумматор, функциональныйпреобразоватль, моделирующий адаптацию порога, и позволяющее задаватьвесовые коэффициенты межнейронныхсвязей1 1.Однако данное устройство не даетвоэможности получить большое числовозбуждающих и тормозящих входов,чтоснижает точность моделирования биологического прототипа.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования нейрона, содержащее блок памяти,выход которого соединен с первымвходом схемы сравнения, формирователь импульсов, преобразователь частоты в напряжение и сумматор. Крометого, устройство содержит вторуюсхему сравнения, два ключа, преобразователь напряжения в частоту игруппу входных преобразователей частоты в напряжение ь 23.Недостатком известного устройстваявляется трудность практического получения большого числа возбуждающихи тормозящих входов, что свойственно биологическому прототипу вследствие наличия взаимной паразитнойсвязи между различными входами, рас, положенными близко друг другу, чтонеизбежно вследствие стремпения кмикроминиатюризации как самих нейронных моделей, так и разветвленныхнейронных сетей на их основе,Цель изобретения - повьппение точности моделирования и помехоустойчивости устройства.Указанная цель достигается тем,что в устройстве, содержащем блокпамяти, выход которого соединенс первым входом схемы сравнения,формирователь импульсов, преобразова"тель частоты в напряжение и сумматор,введены блок задания порога, усилитель напряжения, усилитель мощности,оптический излучатель и две группысветоводов, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через усилительнапряжения подключен к входу преоб. разователя частоты в напряжение,выход которого соединен .с вторым вхо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дом схемы сравнения, выход которрйсоединен с входом блока памяти,выход которого через формировательимпульсов подключен к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом оптического излуча-.теля, выход блока задания порогаподключен к третьему входу схемысравнения .Замена электрических сигналов оптическими на входе и выходе устраняет взаимную связь между каналамина входе, что увеличит число практически реализуемых возбуждающихи тормозящих входов и приводит к повьппению точности моделирования биологического прототипа, а устранениевлияния внешних электрических полВйпо входу .схемы приводит к повышениюпомехоустойчивости устройства,На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы зависимости напряжения на выходе блока памяти от величины разности возбуждающих и тормозящих сигналов (график) и зависимости напряжения на выходе формирователя импульсов от величины разности возбуждающих и тормозящих потенциалов(график).Устройство содержит Я возбуждающих и М тормозящих входов, представляющих собой жгут волоконных световодов, объединенных в две группысветоводов 11 и 1 соответственнодля возбуждающих й тормозящих входов, сумматор 2, усилитель 3 напря"жения, преобразователь 4 частоты внапряжение, схему 5 сравнения,блок6 задания начального порога, блок 7памяти, состоящий из аналоговогоинтегратора 8 и аналогового ключа 9,формирователь 10 прямоугольных импульсов, усилитель 11 мощности иоптический излучатель 12.Сумматор 2 выполнен в виде двухвстречно включенных фотоприемников13 и 14.Устройство работает следующимобразом,Входные сигналы в виде световыхимпульсов поступают по М возбуждающим и И тормозящим волоконным оптическим световодам, объединенным навыходе в две группы 1. и 1 соответственно для возбуждающих и тормозящих сигналов, каждый из которыхсоединен со своим фотоприемником 13Предлагаемое устройство позволяет на 3-4 порядка по сравнению с известным увеличить количество возбуждающих и тормозящих входов, что приводит . к увеличению точности моделирования. 3 1089 и 14 сумматора 2, причем фотоприемники включены так, что генерируемые ими фото ЭДС вычитаются. Напряжение на выходе сумматора 2 равно разнос" ти возбуждающих и тормозящих сигна-, лов. Раэностное .напряжение ДО усиливается усилителем 3 и поступает на преобразователь, где это пульсирующее напряжение преобразуется в постоянное напряжение. Напряжение с преоб-, 1 О разователя 4 поступает на схему 5 сравнения, которая сравнивает величину разностного напряжения с уровнем начального порога О вырабатываемого блоком 6, допускающего ручную регулировку уровня начального порога, Если АОМм то на выходе схемы 5 сравнения появляется напряжение положительной полярности фиксированной величины Е, в противном случае на вы- щ ходе схемы сравнения будет напряжение отрицательной полярности фиксированного уровня (-Е).Напряжение е выхода схемы 5 сравнения поступает на блок 7. Если на р выходе схемы сравнения отрицательное напряжение (-Е), то ключ 9 открыт и шунтирует накопительный конденсатор (не доказан) интегратора 3, тем самым обеспечения на выходе блока 7 нулевое напряжение. Как только на входе . блока 7 появится положительное напряжение Е, ключ 9 закроется и напряжение на выходе интегратора 8, являю 592 4щегося выходом блока 7, нарастает по линейному закону. Обозначим его Од. Напряжение 04 на входе схемы 5 сравнения суммируется с напряжением начального порога 011, образуя напряжение порога 111(0 =01+0), которое сравнивается с ДН, Напряжение И линейно нарастает, пока выполняется соотношение Б(ЬБ,в противном случае, на выходе блока 7 снова установится нулевое напряжение и процесс повторится снова (фиг.2). Пилообразное напряжение с выхода блока 7 преобразуется в прямоугольные импульсы фиксированной амплитуды, скважность которых является функцией разностного напряжения д 0, формирователем 10 и через усилитель 11 поступает на оптический излучатель, где и преобразуется в оптическое излучение в виде световых импульсов. В предлагаемом устройстве весовые коэффициенты задаются путем подсоединения к ш-му оптическому излучателю К волоконных оптических световодов либо возбуждающего, либо тормозящего входов и -го устройства, где К - присвоенный данному излучателю весовой коэффициент.1