Detail předmětu

Biologií inspirované počítače

FIT-BINAk. rok: 2018/2019

Předmět představuje vybrané výpočetní modely a počítače, 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 a neurální hardware, molekulární počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni využít evoluční algoritmy pro návrh elektronických obvodů, budou schopni modelovat, simulovat a realizovat netradiční, zejména biologií inspirované, výpočetní systémy.
Pochopení vztahu mezi počítači (počítáním) a vybranými přírodními procesy.

Doporučená nebo povinná literatura

  • 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
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7
  • Kvasnička, V., Pospíchal J., Tiňo P.: Evolučné algoritmy. Vydavatelství STU Bratislava, 2000, 215 s., ISBN 80-227-1377-5
  • 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 
  • Floreano, D., Mattiussi, C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
  • Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7
  • 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
  • Miller J.F.: Cartesian Genetic Programming, Springer Verlag 2011, ISBN 978-3-642-17309-7

Způsob a kritéria hodnocení

Půlsemestrální zkouška, projekt a jeho obhajoba, úkoly z počítačového cvičení.
Podmínky zápočtu:
Nejsou.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    1. Úvod, inspirace v přírodě, entropie a samoorganizace
    2. Limity abstraktního a fyzického počítání
    3. Evoluční návrh
    4. Kartézské genetické programování
    5. Rekonfigurovatelná výpočetní zařízení
    6. Evoluční návrh číslicových obvodů 
    7. Evoluční návrh obvodů, extrémní prostředí
    8. Vyvíjející se obvody, aplikace
    9. Výpočetní development
    10. Embryonální a neurální hardware
    11. DNA výpočty
    12. Nanotechnologie a molekulární elektronika  
    13. Aktuální trendy

    Osnova počítačových cvičení:
    1. Evoluční návrh kombinačních obvodů
    2. Statistické vyhodnocení experimentů s evolučním návrhem
    3. Virtuální rekonfigurovatelné obvody 
    4. Celulární automaty

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    Studenti vypracují projekt související s tematikou kurzu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.

Cíl

Porozumět principům vybraných biologií inspirovaných výpočetních systémů. Získat schopnost využívat vybrané biologií inspirované techniky ve fázi návrhu, implementace a v průběhu činnosti počítačů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Polosemestrální písemná zkouška, vypracování a prezentace projektu, úkoly z počítačových cvičení v předepsaných termínech. V případě nahlášené překážky ve smyslu čl. 55 Studijního a zkušebního řádu VUT bude studentovi umožněna prezentace projektu či vyřešení úkolu ze cvičení v náhradním termínu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MIS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MIN , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    obor MMM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    obor MGM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MPV , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    obor MSK , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MBI , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova


  1. Úvod, inspirace v přírodě, entropie a samoorganizace
  2. Limity abstraktního a fyzického počítání
  3. Evoluční návrh
  4. Kartézské genetické programování
  5. Rekonfigurovatelná výpočetní zařízení
  6. Evoluční návrh číslicových obvodů 
  7. Evoluční návrh obvodů, extrémní prostředí
  8. Vyvíjející se obvody, aplikace
  9. Výpočetní development
  10. Neuropočítače
  11. DNA výpočty
  12. Nanotechnologie a molekulární elektronika  
  13. Aktuální trendy

Cvičení na poč.

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova


  1. Evoluční návrh kombinačních obvodů
  2. Statistické vyhodnocení experimentů s evolučním návrhem
  3. Virtuální rekonfigurovatelné obvody 
  4. Celulární automaty

Projekty

18 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Studenti vypracují projekt související s tematikou kurzu. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.

eLearning