Detail předmětu

Biologií inspirované počítače

FIT-BINAk. rok: 2020/2021

Předmět představuje vybrané výpočetní modely a počítače, které vznikají na průniku hardware a umělé inteligence jako reakce na neschopnost konvenčních počítačů efektivně (zejména z pohledu výkonnosti a energetické náročnosti) řešit důležité třídy úloh. Budou shrnuty relevantní teoretické modely, rekonfigurovatelné výpočetní architektury a techniky výpočetní inteligence inspirované fylogenezí, ontogenezí a epigenezí. Zejména budou diskutovány tyto oblasti: emergence, samoorganizace, evoluční design, vyvíjející se obvody, celulární systémy, neurální hardware, molekulární počítače a nanotechnologie. Předmět je doplněn ukázkou typických aplikací.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

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

Způsob a kritéria hodnocení

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

Učební cíle

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

Vypracování a prezentace projektu, úkoly z počítačových cvičení v předepsaných termínech. Pro získání bodů ze zkoušky je nutné zkoušku vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 26 body. V opačném případě bude zkouška hodnocena 0 body. 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.

Základní literatura

Floreano D., Mattiussi C.: Bioinspired Artificial Intelligence: Theories, Methods, and Technologies. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-06271-8
Miller J.F.: Cartesian Genetic Programming, Springer Verlag, 2011, ISBN 978-3-642-17309-7
Rozenberg G., Bäck T., Kok J.N.: Handbook of Natural Computing, Springer 2012, 2052 p., ISBN 978-3540929093
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
Trefzer M., Tyrrell A.M.: Evolvable Hardware - From Practice to Application. Berlin: Springer Verlag, 2015, ISBN 978-3-662-44615-7

Doporučená literatura

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MGM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MBI , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor MBS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MIS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MMM , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MPV , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MSK , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

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 elektronických obvodů 
  7. Vyvíjející se obvody, aplikace
  8. Výpočetní development
  9. Neuronové sítě a neuroevoluce
  10. Neuropočítače
  11. DNA výpočty
  12. Nanotechnologie a molekulární elektronika  
  13. Aktuální trendy

Cvičení na počítači

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jakub Husa, Ph.D.
Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.

Osnova

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

Projekt

18 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jakub Husa, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.
Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Osnova

Každý student si vybere a vyřeší jeden projekt ze seznamu schválených projektů. Hodnotit se bude realizace, prezentace a dokumentace projektu.