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仿生硬件
广东
摘要文章详细介绍了仿生硬件的概念
胎型仿生硬件和进化型仿生硬件,重点分析了进
应度评估方法,并列举了国外仿生硬件的典型研
关键词仿生硬件;进化算法;遗传算法
. 引言设计方法引起设计繁琐、设计/仿真测试评估与真实性能验
随着计算机技术和电子技术的发展,越来越多的科学证无法同步、通用性差,且产品开发周期长、设计成本高、对
研究与生物学紧密相联。其中一方面体现在利用计算机和设计人员的技术要求高等问题。而基于生物进化机理的仿生
电子设备模仿人类的看、听、动作和思维等能力;另一方面, 硬件无须人员干预,可实现硬件的自组织、自动化设计,能通
则是将进化理论的方法应用于电子电路的设计中,使得新过硬件自身的在线进化过程来获得具备预期功能的电路和
的电子电路能像生物一样具有对环境变化的适应、免疫、自系统结构。利用仿生硬件能实现硬件的标准化、可重用性、多
我进化及自我复制等特性。用途与通用化。
早在世纪年代末,计算机之父冯·诺依曼. 硬件自适应
就提出了研制具有自繁殖与自修复能力通用传统的硬件电路一经设计、制作后,其结构几乎无法被
机器的伟大构想。至年,瑞士联邦工学院率先提出了仿实时在线改变。而基于计算机的应用系统可以通过软件编程
生硬件的概念之后,仿生硬件的研究得到迅猛发展,现在已来实现不同的系统功能,能组成功能自适应系统,但这种系
经成为国际上的研究热点之一。我国开展仿生硬件研究起统的硬件结构不能实时调整、无法实现自动维修。仿生硬件
步较晚,目前的技术水平尚处于初级阶段。主要研究了小规既不同于传统的硬件电路,也不同于基于计算机的可编程系
模数字电路的外部进化, 刚开始探索面向进化的功能级统,仿生硬件通过电路结构与参数的在线自适应调整可解决
、胚胎型仿生硬件原理。因而迫切需要改变这种状况, 如因元件逐步老化、环境改变而引起电路性能变化的问题,
以提高我国在仿生硬件领域的基础理论与工程应用水平。也可组成高速并行信息处理的自适应硬件系统。
. 硬件自修复
.仿生硬件的概念
目前电子系统的结构越来越复杂,系统集成化是必然趋
所谓仿生硬件,.,是一种能势。若高度集成化的嵌入式电子系统在运行中出现故障,传统
根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和
的容错与系统功能恢复方法基于板级重构技术的故障检测、
行为以适应其生存环境的硬件电路,它可以像生物一样具故障定位、硬件冗余难以实现。仿生硬件能实现在线实时芯
有硬件自适应、自组织、自修复特性。仿生硬件的本质是从片内电路局部故障的自我修复,也可根据系统特点采用在线
电路组成上来模仿生物体的多细胞组织体系结构,且电路动态不同硬件冗余级别的芯片内系统容错设计方案。通过芯
的工作机理也与生物体中胚胎细胞的生长发展、生物体自片内自修复提高了系统的容错能力与可靠性,或者在同样的
修复、个体学****群体遗传进化机制等相类似。可靠性设计指标下,能大大减小冗余资源、体积质量与成本。
从狭义上来讲,仿生硬件是通过进化机制实现电子电同时,仿生硬件可实现一定生命期时间内故障设备的在线自
路在系统的实时自身重构。从广义上来讲,仿生硬件包括各动化维修,从而改变了传统的电子设备维修思想、维修