Čidla Čidla a zase čidla

31. července 2014 v 5:15 | Petr |  Roboti
Vřele dodporučuju občas na YouTube shlédnou nějakou přednášku na kanále Google Tech Talks. Zejména přednášky o "comupter vision" - počítačovém vidění jsou velice impresivní a i na Internetu už začínáte vidět výsledky - na Facebooku nabo na Picasse označíte ksichtíky známých na svých fotkách jmény a u cizí fotky vám najednou Facebook naznačuje - není to Franta Vopička z vašich minulých fotek ? Takže iluze, že ode dneška za 2 roky budou počítače rozumět analyzovanému obrazu je dokonalá. Drobný problémeček je v tom, že nikdo se příliš nechlubí hardwarem, na kterém takové úlohy běhají. Obvykle je to nějaká sklepní serverová farma, která má velmi úsporných 30 MegaWattů příkonu.

Tedy na jedné straně si drbny z Bílovce pamatují všechno a "jedou" jenom na šlehačkovou rakvičku z cukrárny na náměstí a na druhé straně 30 MW severová farma, ale nebojte se nemám v úmyslu zase psát své oblíbené - že technologii matičky přírody zatím pořád jenom koukáme z dálky na záda. Problém je v tom, jak z této technologické pasti ven. A vůbec - je to skutečně technologická past ?

Tyto věci jsou poměrně úzce propojené s elektronickým byznysem, výzkumem v oblasti počítačového hardwaru a s tzv Moorovým zákonem. Ten už jsme X krát probírali - princip je v tom, že od 60 let platí, že konstruktérům čipů se každých 18 měsíců podaří na stejnou plochu křemíku natlačit 2x tolik tranzistorů. Z toho jistí optimisit odvozovali, že to vlastně znamená, že každých 18 měsíců stoupne výkon počítačů na dvojnásobek. A vskutku v dobách Sinclairu ZX spectrum a Amigy 500 to zcela jistě tak bylo, ale pak přišlo Intel Pentium 4 a padla kosa na kámen - tato řada PC procesorů měla už dnes být "single core" ale na frekvencích v desítkách a stovkách GHz. Jenomže fyzika je mrcha, takže proudové a tepelné požadavky těchto procesorů byly enormní . a tak se zjitilo, že jdeme do slepé uličky. Tudíž se objevily "multi core" procesory a některé zejména od AMD bychom řekli až "many core" - stejně ale v desktopu málokdo má více než 8 jádrový procesor.

Celé tohle zastavení "rychlostní větve" Mooreova zákona - je tak trochu tajné, nebo spíše jako "hlavní zprávu" TV nova to neuslyšíte - protože je třeba neustále udržovat "hype", aby nadšení frikulníni nepřestali kupovat elektroniku - dnes už spíše tablety a smartphony - z pochopitelných důvodů. Tablety a smartphony se tváří jako výkřik nejmodernější techniky, ale z hlediska procesorového výkonu jsou na tom de-facto velice uboze. Protože nedovedeme nacpat více výkonu do PC tak marketing prohlásil PC za "zastaralé", protože ale je třeba nabízet COOL obsah tak výpočetně složité úlohy rozdělíme na "klient" - na tabletu a "server" nekdě ve 30 megaWattové serverovně - což marktetingově pojmeme tak že lokální skladování a zpracovávání informací je "out a ať žije Cloud".

Já osobně si na tyto trendy nestěžuju, protože díky nim i můj CORE 2 DUO notebook z roku 2007 je stále ještě schopen "zastat všecno". Tabletisti to neradi slyší, ale (zatím) strčí každý tablet do kapsy, přestože CORE 2 DUO už nedosahuje ani 10% výkonu dnešních špičkových PC procesorů.

Pak máme ale oblast, kde marketingovými kecy nic neokecáme - a to jsou roboti. Zmiňované "drbny z Bílovce" co jedou na šlehačkovou rakvičku mají "v hlavě" 100 miliard MIPS a latenci zpracování dat max 100 msec. Takže pokud se jim chcete přiblížit žádným "cloudem" to nevyřešíte. Vyřešíte to jedině tak jako nětkterá auta na Grand Challenge - to jest roboticky řízený offroad si veze serverovou farmu s sebou. Tím ale dáváme všem jasně najevo "tato technologie zatím není vhodná pro praktické nasazení", protože jestli z "tableto-smartphonového" marketingu něco vyplývá pak je to představa jak má vypadat "prodatelná technologie".

Takže tím jsme se dostali opět k tomu, abych si mohl přihřívat svoji biologickou polívčičku - pokud chceme robotické aplikace postavené na současném (nedostatečném) procesorovém výkonu. Je dobré se podívat jak to dělá matička příroda, když má stejný problém. V principu - jelikož každé zvíře musí svůj mozek "unést i uživit" tak matička příroda má zkušenost s neustálým nedostatkem výpočetního výkonu.


A opět moje stálé téma "stavějte perfektní čidla" - ta vystačí s menším množstvím datového procesingu. Jenomže co to jsou "perfektní čidla" 64 paprskový Lidar Velodyne za milion korun, který používají robotická auta je takové čidlo ? Nevím a už jenom díky ceně asi ne, ale zkusím dát příklad z přírody - na obrázku vidíte hlavu vážky. Každý ví, že hmyz má "složené oko" a školáci v přírodopise jsou poučováni, že hmyz složeným okem "skoro nic nevidí" - jak je tedy možné, že vážka loví hmyz v letu, mouchy se nedají rukou chytit a vůbec - zdá se vám z praxe, že "hmyz je skoro slepý" jak psali v učebnici ?

Takže mrkejte na obrázek - jsou tam tři šipky - povšimněte si že horní část "složeného oka" je jiná než spodní část (červená a zelená šipka) a pro úplně slepé jsem modrou šipkou označil ještě "druhou sadu" očí zcela jiné konstrukce.
Drobné vysvětlení - oči na horním pólu oka (červená šipka) mají svůj optický systém z krystalické pravidelně uspořádané tkáně a proto jsou citlivé na směr polarizace světla. Oči na dolním pólu složeného oka jsou z amorfního proteinu a proto nejsou citlivé na polarizaci světla. Poslení oko "jednoduché" označené červenou šipkou - není na hlavě samo - vážky mají na hlavě tři takovéto oči ve tvaru rovnostranného trojúhelníka tyto oči nevytvářejií obraz, ale reagují na vlnovou délku a intenzitu přicházejícího světla a díky trojúhleníkovému rozložení i na směr.

Princip je v tom, že vážkla má ve složeném oku asi 28 000 očí - což je ve hmyzí říši extrémně mnoho - každé je dokonale přizpůsobeno úloze - horní oči vidí polarizované světlo a fungují jako kompas sledující polarizaci světla oblohy. Oči jsou zaostřeny tak, že každé oko je zaostřeno na obvyklou vzdálenost, na kterou snímá obraz. Tvar celého složeného oka je takový, že obraz je ostřejší a detailnější ve směru letu a více "přehledný a neostrý" v ostatních směrech.

Výsledek je ten, že 28 000 pixelů, zcela přesně přinášejícíh informaci o tom, co je důlěžité a neobtěžujících mozek nepodstatnými detaily je dostatěčné množství pro lov jiného hmyzu, zatímco u našich robotů se 300k pixelů tedy 640 x 480 pixelů považuje za zoufale málo téměř na cokoliv. Vážka, kdyby lovila pomocí WEBkamery z Lídlu - možná by byla stejného názoru.

ERGO - čím lepší čidla postavíme - tím je pravděpodobnější, že i se současným (navždy mizerným) výpočetním výkonem budeme schopni dosáhnout použitelných aplikací. To je "opravdu dobrá rada" pro robotiky, kteří se pohybují mezi "sonary z EBAY" a "Arduinem", ale třeba to jednou dojde i někomu jinému, kdo může zadat výrobu čipů polovodičové fabrice. Ostatně výskyt čidel typu "Microsof Kinect" nebo 3D myš od Leap Motion naznačují, že někdo si to už začíná uvědomovat, ale ta inspirace hmyzem zatím u inženýrů není.

Jenom takový závěr zahořklého dědka - roboti nejsou jenom software - pokud to má k něčemu vypadat - hodí se i fyzika, optika, elektronika, možná i chemie, smůla je, že než se těmito disciplínami prokoušete k použitelnému čidlu - je z vás dědek, a pravděpodobnost že výrobou fyzikálně-chemicko-elektronických čidel skončíte jako Hig-Tech miliardář (třeba Elon Musk) je směšně malá (ale nenulová).

Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny - i blondýna se může vrhnout na složitý hardware - a při případných prezentacích výsledků jí divoké outfity mohou výrazně pomoci (nebo uškodit) ...
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Komentáře

1 Karel Karel | 31. července 2014 v 6:15

Že zrovna drbny z Bílovce...

2 RXD RXD | 31. července 2014 v 10:14

Řekl bych, že výroba čipů založená na obchodním principu, prodávat co nejdráž co největším blbcům co nejsložitější  elektroniku kterou vůbec nepotřebují, a jen s ní manipulují, a nebo se jí prezentují před ještě většími blbci, i když je to v současnosti největší obchod na Zeměkouli, tak se ukazuje současně i jako jako největší obchodní letadlo , které nikdy nikdo nemůže ve skutečnosti zaplatit, a to tím méně, čím delší dobu se na tom pokračuje. Výroba zlata z písku je jen dalším nesmyslným pokusem / nebo spíše podvodem/ , zkonstruovat perpetum mobile, na čemž se jen nakapsují nejvšehoschopnější příživníci, a nakonec to budou muset zaplatit kromně těch podvedených blbců ze svých kapes i všichni ostatní nezůčastnění.

3 SPECZ SPECZ | 31. července 2014 v 11:10

A ty jednotlivé oči jsou "jednopixelové", nebo mají nějaké "nízké rozlišení" typu 10"pixel" na oko ?
Pokud by byly "jednopixelové", napadá mě jak by to mohlo jít okopírovat i bez možnosti zadávát výrobu polovodičů - v relativně domácích podmínkách - pomocí levné kamery. Místo původní optiky dát před CCDčko svazek optických vláken, a na konci každého pak vlastní čočku pro konkrétní vzdálenost, popř. polarizační filtr - a pak si "jen" namapovat které pixely CCD patří ke které čočce ...
Možná je to pitomost, napadlo mě to během čtení článku a moc dlouze jsem se nad tím nezamýšlel ...

4 RXD RXD | 31. července 2014 v 11:52

..... napadá mě jak by to mohlo jít okopírovat i bez možnosti zadávát další výrobu polovodičů ...

Tak to je úplně systémová sabotáž. Že jsou takové možnosti reálné se samozřejmě ví, ovšem každý méně tvrdošíjnější vynálezce prodá takový nápad majitelům továren na výrobu polovodičů do sejfu, a každý kdo je tvrdošíjnější, skončí vbrzku někde pod autem, a nebo zalitý v betonu nějakého panelového sídliště.

Stejně by mně zajímalo, v čem v podstatě spočívá od dávnověku základní princip kterékoli lidské společnosti, a to shromažďování zlata případně dalších drahých kovů a kamenů, proč to ti lidé vlastně dělají / zejména pro koho/.

5 m.marianek m.marianek | 31. července 2014 v 13:31

[4]: Shromažďování nadbytečného majetku je jednoduše vysvětlitelné pohlavním pudem, zlato, drahokamy, otroci, koně, ferrari, bugatti veyron, to je všechno forma majetku, která se dá označit jako luxus, tedy cosi, co není nezbytné k životu, ale dává to na odiv, že majitel je někdo (není žádné hovno v trávě). Slouží to k upoutání pozornosti vhodných samiček a odstrašení soků.

6 RXD RXD | 31. července 2014 v 13:48

Nezlobte se proto na mně, ale zlato bych taktně oddělil třeba od ferrari, protože třeba ferrari je pouze odznak pilného otroka, na rozdíl od zlata, které může být třeba důležitá surovina pro vládce toho otroka, který o své podřízenosti ani o účelu té důležité suroviny  nemusí ani vědět, dokonce je daleko lepší, když o jednom ani druhém nic neví, proto taky může zastávat v Systému / "elity?", "vyvolených?"/ vyšší funkci...

7 kolemjdoucí kolemjdoucí | 31. července 2014 v 21:21

Super článek..!

Jak se daří s trávoměrem?

8 petr-kubac petr-kubac | 31. července 2014 v 21:56

[3]: Oko vážky má více (desítky) světlocitlivých buněk, ale mozek s nimi patrně zachází jako s jedním pixelem - dublovaným kvůli spolehlivosti.

[7]: na pájení SMD prototypu je moc horko (pot teče do očí)

9 Dalík Dalík | 11. srpna 2014 v 22:40

Myslím že Mercedes vyvíjí samořídící se kamión a funguje to dobře i s normální kamerou a ultrazvukem. Vysloveně v prezentaci uváděli, že armáda používá ty laserové radary, které ovšem snadno nahradí průměrně placený kamioňák, proto jsou pro civilní použití nepoužitelné.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama