UAA SYSTEM eng

This document’s main goal is, how to develop a directional mechanism which can manage processes without human authorization in the case that the directed system is under the unexpected changes of the environment.

In the following, I will demonstrate a directional mechanism and an outline of a construction, based on this mechanism, which is able to accommodate oneself to the changing environment and able to carry out directional tasks by stand-alone. (I call a directional unit with this kind of functionality: UAA).

CÉLKITÛZÉS

Hogyan lehetne létrehozni olyan irányító szerkezetet, amely annak ellenére felügyelet nélkül tud mûködni, hogy az általa irányítotott rendszer ki van téve a környezet váratlan változásainak?

A következõkben egy irányítási elvet és az ezen elvek alapján felépíthetõ szerkezetnek a vázlatát ismertetem, amely képes változó környezetben, a környezethez alkalmazkodva, önállóan irányítási feladatot végrehajtani (a továbbiakban az ezen tulajdonságokkal rendelkezõ rendszer UAA jelöléssel szerepel).

THE ATTRIBUTES OF THE UAA SYSTEM

What are the attributes which an UAA system has to bear?

It has to be adaptive. The system needs to adapt itself to the changing environment. It has to be capable to develop working steps to maintain its own inner environment for sustain the necessary working conditions.

It has to be autonomous. It has to be able to reach its own goals by itself. Its existence is self-maintaining in the changing environment.

In a UAA system, the working rules should be born under the work process, because it is not possible to condition the system for the unknown changes of the environment. It should be enough to give only some basic rules and some basic work principles (you can read about these later) for the successful existence. The system has to find and learn the work principles by itself for its successful existence; an UAA system has to be a learning system. If more time has been spent in the environment, the UAA system becomes more successful and capable.

AZ UAA RENDSZER JELLEMZÕI

Melyek azok a jellemzõk amelyekkel rendelkeznie kell egy ilyen rendszernek?

Adaptív, azaz a mûködése során a változó környezeti feltételek között is a környezethez alkalmazkodva képes megfelelõen mûködni. Képes olyan mûködési lépéseket kidolgozni, amelyeknek alkalmazásával a szélesen változó környezeti feltételek között a rendszer a feladatának elvégzéséhez szükséges saját mûködési feltételeit képes fenntartani.

Autonóm, azaz a kitûzött célt önállóan képes elérni, mûködése a változó feltételek között automatikus.

Egy UAA rendszerben a mûködési szabályoknak a mûködés során kell keletkezniük, nem lehet elõre kondícionálni a rendszert az elõre meghatározhatatlan környezeti változásokhoz. Elegendõnek kell lenni csak a mûködéshez szükséges alapelvek, alapmûködési-mechanizmusok (ezekrõl a késõbbiekben részletesen) megadása. A rendszernek az önállóan kidolgozott szabályokat a késõbbi hatékonyabb mûködés érdekében meg is kell tanulnia. Egy UAA rendszernek tanuló rendszernek kell lennie. Minél több idõ áll rendelkezésre a környezethez való alkalmazkodáshoz, egy UAA rendszer annál tökéletesebben mûködik.

MAIN PRINCIPLES OF BUILDING AN UAA SYSTEM

Let a system for a given working goals, which system has an UAA based directional unit. Let it belong to an environment, which has influence to the system. This influence can cause changes in the system's micro-climate. These changes can be favorable, unfavorable or neutral, according to the system's working goals. After the system sensed the changes of the environment, the UAA directional unit orders the system to effect such reactions, which makes the favorable changes stronger, and the unfavorable changes weaker for the system.

What are the building principles for an UAA directional unit?

To create an UAA directional unit, make the followings:

a/ Build receptors which are capable to sense the changes of the environment, and generate activation impulses based on this reception. Build effectors which release reactions based on the activation impulses and these reactions change the environment.

b.) Create a process, which build up specific connection channels between the receptors and effectors for driving activation signals in these connection channels. These channels are built up by itself under the system’s work period and continuously changing by the effects of the changes of the environment.

c.) Create a process, which connect these channels with each other based on the same time activity. Activation signal can spread from one channel to the other through these connections.

d.) Create a process, which select from the sensor-effector connections based on the suitability of the working goals.

To build an UAA directional unit, need to create basic working processes based on these principles.

UAA RENDSZER KIALAKÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES ALAPELVEK

Legyen egy meghatározott feladatot ellátó rendszer, amelynek UAA irányító egysége van. Tartozzon hozzá egy környezet, amely hatással van a rendszerre. Ez a hatás a rendszer mikroklímájában okoz változásokat. Ezek a változások lehetnek kedvezõek, kedvezõtlenek vagy semlegesek a rendszer mûködésének szempontjából. A környezeti változások érzékelése után az UAA irányító egység parancsára olyan cselekvési folyamatok indulnak el, amelyek a kedvezõ hatásokat növelik, a kedvezõtleneket csökkentik.

Milyen felépítési elvek alapján lehet UAA irányító rendszert létrehozni?

UAA irányító szerkezet alakítható ki, ha:

a/ Receptor szerkezetet építünk fel, amely felfogja a külvilágból érkezõ, a mûködést befolyásoló ingereket és ez alapján aktivizációs jelet gerjeszt, illetve effektor szerkezetet építünk fel, amely a környezetet megfelelõen meg tudja változtatni az aktivizációs jelek alapján kiváltott reakciókkal.

b/ Biztosítjuk, hogy a receptor és effektor szerkezetek között önmaguktól felépülõ és a környezet változásának hatására folyamatosan módosuló, specifikus kapcsolatok alakulhassanak ki, amelyekben aktivizációs jelek terjedhetnek.

c/ Biztosítjuk, hogy ezen kapcsolatok egymással is összekapcsolódhassanak egyidejû aktivitás esetén, és ezen összeköttetéteseken keresztül aktivizációs jel terjedhessen.

d/ Biztosítunk egy mechanizmust, amely a mûködés során kialakuló inger-válasz kapcsolatokból a kitûzött célnak való megfelelõség figyelembevételével válogat.

Ezen alapelvek figyelembevételével megfelelõ mûködési mechanizmusokat kell meghatározni amelyek segítségével UAA szerkezet építhetõ fel.

OPERATION PROCESSES

Definitions:

I.) Critical stimulus: Such receptor activity which generates effector activity.

II.) Primary critical stimulus: a group of the critical stimuli what are "hardwired" into the system. Usually the designer decide these stimuli to be critical, not the system decide them to be critical under the working period.

There are two appropriate way to specify the primary critical stimuli:

a.) Creating special receptors, which are sensitive to the selected stimulus, which existence in the environment are critical stimulus.

b.) Applying the stimulus intensity limit rule. Let every stimulus critical, sensed by any sensors, if the stimulus intensity is over in a stimulus specific, artificially given value. This intensity limit can be below, over or between in the values.

III.) Secondary critical stimulus. Such stimulus, which is not selected to be critical before the work-time of the system. The UAA directional unit select it to be critical under the work-time from the non-critical stimuli.

IV.) Stimulus route: a structure, which connected to a sensor. Its role is to signal that activity.

V.) Reaction route: such stimulus route, which is connected to an effector or effectors.

To create an UAA directional unit, need to build the next work processes:

1.) Need to create a process, which builds stimulus routes starting from the active receptors.

2.) Need to create a process, which convert the stimulus routes to reaction routes when primary critical stimulus is present.

3.) Need to create a process, which connect the stimulus routes or reaction routes to each other based in the same time or in close time activity. This connection means, that one stimulus route or reaction route activity can generate activity through the connection for the connected others. This connection called association connection.

4.) Need to create processes for the affirmation, forgetting and inhibition.

Forgetting: Extinct the connections and routes which are seldom or long time used, for making possibilities to build up new connections and routes and erase the incorrect or unnecessary connections and routes.

Affirmation: the given connection or route become stronger by the repeated usage. It means, that the given connection or route can effect stronger associations and effector activity, and the forgetting become slower.

Inhibition: The probability of the activation of the existing connection or routes become less and less when the usage of the given connection or routes is unsuccessful.

5.) Attention to the stimulus power: stronger stimulus effect stronger reactions, create stronger associations, and can go trough more association connections (it can effect farther associations).

6.) Short time information storage capability: the stimulus and reaction routes remain active for a specific period after the stimulus end.

These are the basic working principles, which are necessary to build an UAA system, which can effectively adapt itself, and capable to work itself in the environment.

MÛKÖDÉSI MECHANIZMUSOK

Definíciók:

I/ Kritikus inger: olyan receptor aktivitás, amely effektor aktivitást vált ki.

II./ Elsõdleges kritikus inger: kritikus ingerek azon csoportja, amelyet még a rendszer mûködése elõtt jelöltünk ki kritikus ingernek, nem a mûködés közben a rendszer minõsíti annak.

Az elsõdleges kritikus ingerek meghatározására két módszer kínálkozik megfelelõnek:

a/ Speciális szenzorokat alakítunk ki. Ezek konkrétan meghatározott ingerületfajtákra érzékenyek, amelyek megjelenése kritikus inger.

b/ Inger intenzitás-korlátozást jelölünk ki. Legyen kritikus az adott szenzor által felfogott inger, amely az illetõ ingerre meghatározott intenzitáshatárt átlép. Ezen intenzitáshatár lehet alsó, felsõ vagy intervallumkorlát.

III./ Másodlagos kritikus inger: azon kritikus inger, amelyet elõzetesen nem határoztunk meg, a rendszer a mûködés közben minõsitette a nem kritikus ingerek közül kritikus ingernek.

IV./ Ingerpálya: adott szenzorhoz kapcsolódó, annak aktivitását jelzõ struktúra.

V./ Reakciós pálya: olyan ingerpálya, amely effektor(ok)hoz kapcsolódott.

Ahhoz, hogy UAA rendszer megvalósítható legyen, a következõ rnûködési mechanizmusokat kell kialakítani

1/ Ki kell alakítani egy folyamatot, amely ingerpályákat épít fel az aktív szenzorokból kiindúlva.

2/ Ki kell alakítani egy folyamatot, amely az ingerpályákból reakciós pályákat alakít ki elsõdleges kritikus inger jelenlétekor.

3/ Ki kell alakítani egy folyamatot, amely az azonos, vagy egymáshoz közeli idõben aktív inger illetve reakciós pályákat összekapcsolja, azaz az egyik pálya aktivitása is kiválthassa a másik aktivitását az összekapcsolódás után, azaz asszociácios kapcsolatokat hoz létre.

4/ Ki kell alakítani a rnegerõsités, a felejtés és a gátlás folyamatát

Felejtés: ritkán, illetve régen használt kapcsolatok, pályák szûnjenek meg, ezzel lehetõséget biztosítva az új kapcsolatok, pályák kialakítására és a szükségtelen, vagy hibás kapcsolatok, pályák megszüntetésére.

Megerõsités: az adott kapcsolat, pálya az ismétlések eredményeként erõsödjön meg, azaz intenzívebben váltson ki effektor aktivitást és asszociációkat, illetve a felejtés lassabban következzen be.

Gátlás: a már meglévõ kapcsolatok, pályák sikertelen alkalmazása során az adott kapcsolat, pálya aktivizálódásának valószínûsége csökkenjen.

5/ Az ingererõsség figyelembevétele: Erõsebb inger intenzívebben váltson ki válaszokat, intenzívebben, több asszociációs kapcsolatot átlépve váltson ki asszociációkat (egyre távolabbi asszociációkat is váltson ki).

6/ Rövid idejû információtárolás képessége: A rendszerben az inger illetve reakciós pályák az inger megszûnte után is meghatározott ideig aktívak maradjanak.

Ezek azok a rendszerbeli alap mûködési mechanizmusok, amelyeket szükségesnek és elégségesnek vélek a környezetéhez hatásosan alkalmazkodó, önállóan mûködõképes automatához.

DESCRIPTION OF THE SYSTEM'S ACTIVITY

Let's take a look on the working mechanism.

Before putting an UAA system to work, necessary to build up suitable sensor and effector mechanism for sensing the relevant stimuli and effecting the potent responses (A basic principle), and need to properly defined which are the primary critical stimuli (II. definition) for the system and need to properly describe these stimuli into the system.

After starting to work, the system continuously sensing the changes of the environment, and build up stimulus routes (IV. definition, 1. mechanism) and connect them together based on the same time activity (C. basic principle, 3. mechanism, 6. mechanism).

The system remains inactive (no effector activity) until no critical stimulus (I. definition). If critical stimulus exist, the given time and near time active (6. mechanism) stimulus routes (included those which are in association connections) become reaction routes (V. definition) by specifically connecting to effectors (I. definition, 2. mechanism). In this way these stimuli become secondary critical stimuli (III. definition). The build up of the connections of the stimulus routes continuing to the effectors (building of the reaction routes) until the primary critical stimulus exist, until the system can find the proper reaction to that critical stimulus. It's mean, from those critical situations, which the system incapable to give proper reaction, because does not have proper effectors, the system is unprotected.

Next time, when the secondary critical stimulus reappears again, the system will effect the already developed answer. If the stimulus-answer connection successful again (no primary critical stimulus), the connection become stronger. If not successful, the connection will be under inhibition, and the system start to find a new stimulus-connection pair. If the connection not become active for a long time (because this is not the suitable connection, or does not need this connection anymore) the stimulus-answer connection build down by the mechanism of the forgetting (4. mechanism). In long time, only the suitable connections stay alive. The processes working under the 5. mechanism.

In the process of the adaptation to the environment, more and more complex micro-structure building up, the system develops more and more adaptation schema. In parallel, growing the system effectiveness, the random answer-finding process changes to employing the already developed patterns.

It's useful to create the most basic reaction routes (main connections) artificially before the system start to work of its own in the environment. Similarly useful the separation of different parts of the sensor and effector fields, creating partial fields specifying specific sensor and effector activity.

These basic principles and working mechanisms can be realized in several ways in many kind of materialised systems. The system's successful work depends on the system's complexity. The system has to be complex enough for the complexity of the tasks. It's means: the system has to have enough work units and capacity to store the working rules and can function according to. The system has to have enough work-states. These states continuously changing during the operation of the system. The system has to have enough information channels for signalling the states. These channels are to ensure the information flow in the system and between the system and the environment.

A RENDSZER MÛKÖDÉSÉNEK LEÍRÁSA

Tekintsük át a mûködési folyamatot

Mielõtt az UAA rendszert mûködésbe helyeznénk megfelelõ szenzor és effektor szerkezeteket kell kialakítani (a. alapelv), valamint meg kell határozni melyek az elsõdleges kritikus ingerek (II. definíció).

Mûködésbe helyezés után a rendszer folyamatosan érzékeli a külvilág ingereit és ingerpályákat épít fel (IV.- definíció; 1. mechanizmus) és folyamatosan összekapcsolja õket egyidejû, aktivitás esetén (c, alapelv; 3. mechanizmus; 6. mechanizmus).

A rendszer mindaddig passzív marad (nem történik effektor aktivitás) amíg kritikus inger nem jelenik meg (I. definíció).

Amennyiben kritikus inger jelentkezik, az adott idõben, illetve a közelmúltban (6. mechanizmus) aktív ingerpályákból -az asszociációs kapcsolatban lévõket is figyelembe véve- reakciós pályák keletkeznek (V. definíció) specifikusan effektorokhoz kapcsolódva (I. definíció; 2. mechanizmus) ezzel ezeket az ingerpályákat másodlagos kritikus ingerekké értékelve (III. definíció). Az ingerpályáknak különbözõ effektorokhoz kapcsolódása, azaz. a reakciós pályák kiépülése mindaddig folyamatos, amíg az adott elsõdleges kritikus inger jelen van, tehát amíg a rendszer meg nem találja a megfelelõ választ a kritikus ingerre. Következésképpen azon kritikus helyzetekkel szemben, amelyekre a kiadható válaszok között nincs megfelelõ, nincs védelme a rendszernek.

A következõkben, ha újra megjelenik valamelyik másodlagos kritikus inger, a rendszer a már kidolgozott válasszal reagál. Ha ismét sikeres volt az inger-válasz együttes, azaz nem jelentkezik az elsõdleges kritikus inger, a kapcsolat megerõsödik, ellenkezõ esetben gátlás következik be, és a rendszer új választ keres az ingerre. Ha a kapcsolat sokáig nem aktivizálódik -vagy mert nem a megfelelo inger vagy reakciós pálya alakult ki, vagy mert már nincs szükség az adott pályára-, a felejtés hatására a mikroszerkezet visszafejlõdik (4. mechanizmus). Hosszú távon csak a megfelelõ pályák maradnak életben. A folyamat az 5. mechanizmus figyelembevételével játszódik le.

A környezethez való alkalmazkodási folyamatban egyre komplexebb mikroszerkezetek alakulnak ki, egyre több alkalmazkodási sémával rendelkezik a rendszer. Ezzel párhuzamosan nõ a hatékonysága is, azaz a véletlen válaszkeresés eltolódik a már meglévõ sémák felhasználása felé.

Célszerûnek látszik bizonyos, a leggyakrabban használt, azaz a legalapvetõbb reakciós pályákat mint fõkapcsolatokat mesterségesen kialakítani még a rendszer önálló mûködése elõtt. Hasonlóan célszerû az inger és a válasz mezõ dehomogenizálása, azaz a mûködés részterületeinek figyelembevételével parciális mezõk kialakítása.

A tárgyalt alapelvek, mûködési mechanizmusok különbözõ anyagi felépítésû UAA rendszerben is megvalósíthatóak. A sikeres mûködésnek szükséges feltétele azonban, hogy az adott szabályozó rendszer -a feladat bonyolultságához mérten- elegendõen bonyolult legyen: rendelkezzen elegendõ belsõ mûködési egységgel (amelyek képesek elraktározni magukban a mûködési szabályokat és képesek e szerint mûködni), ezeknek elegendõ mûködési állapotával (ezen állapotok a mûködési szabályok alkalmazásával a mûködés során folyamatosan változnak) és ezen állapotok jelzéséhez szükséges elegendõ információs csatornával (ezek biztosítják a rendszer-rendszer, illetve a rendszer-környezet közötti információ áramlást).

USABILITY OF THE SYSTEM

Important requisition that the adaptive process have to be governable. This task can be reached, if part of the primary critical stimulus changes artificially according to a predetermined program. To help the system adapt itself and work fast, practical to prepare suitable main connections for these critical stimulus. In this way, the system can fulfil the predetermined job.

These systems can work more effectively, if building up reaction routes in advance, artificially simulating the environment and conditioning artificially to the expected situations (teaching the system), and place the system into the real environment only after the teaching.

Systems with these principles are most usable, where the governed process or the environment around the system can be describe with difficulty, with extreme complexity or not at all by mathematical tools, or not presumed influence can appear.

A RENDSZER FELHASZNÁLHATÓSÁGA

Lényeges követelmény, hogy az adaptív folyamat irányítható legyen. Ezt könnyen elérhetjük, ha az elsõdleges kritikus ingerek egy részét elõre meghatározott program szerint változtatjuk, és esetleg ennek megfelelõ fõkapcsolatokat alakítunk ki. Ezzel a módszerrel végeztethetünk munkát a rendszerrel.

Ezen alapelvû automaták hatékonysága növelhetõ, ha elõzetesen mesterségesen szimulálva alakítunk ki reakciós pályákat a várható helyzeteket figyelembe véve (tanítjuk a gépet), és csak ezek után helyezzük "éles" körülmények közé.

Ezen elvi alapokra épülõ UAA rendszerek leginkább ott használhatók eredményesen, ahol a szabályozandó folyamat nehezen, bonyolultan, vagy egyáltalán nem irható le matematikai eszközök segítségével, vagy elõre nem látható hatások jelentkezhetnek.

PHYSICAL REALIZATION OF AN UAA SYSTEM

How is possible to build a system with the above-mentioned characteristics?

In the next, I'll describe an UAA directional unit as a perceptron. I'll build up the system as a limited size (has physical borders) cell automata. The system homogeneous, the working units (cells) have the same number of neighborhood cells and the connections to the other cells are the same for each cell. Under the working period, no geometrical changes, physical movements happen between the cells in the cell space. The changes of the structure realized by the changes of the status of the cells.

The description of a cell space and change-function:

Cell-units.

The cell-space contain the same cells. The cell units have to be capable to store the given change-function in itself. The cell units classified in three groups by it's functionality:

Sensor-cells: Receives the stimuli sent by the sensors

Effector-cells: emits stimulus to the effectors

Cells contained in the third group placed between the sensor-cells and effector-cells. The secondary structure (described later) builds up from these cells.

Primer structure:

The physical connections of the cells to each others called primer structure. In the described model, the primer structure is the same in any part of the cell space. Its means, any cell connect to the same number of other cells with the same manner. Its called cell-homogeneous structure.

This homogeneity apply only to the primer structure. The advantage of this method, that easier to build up the system, the primer structure do not change when the secondary structure changing, no geometrical changes, no physical movement in the cell space. The other advantage is, that the change-function is the same for all the cells.

The proper determination of the primer structure is crucial for an efficiently working system.

Secondary structure:

Under the working period, necessary to connect the sensor-cells and effector-cells to each other through signaling channels. These channels build up from the primary structure utilizing the change-functions. Under the working period, the status of the cells (originally in base state) changes. Based in these changes, build up a special structure, the signaling channels, which can conduct the stimulation provided by the environment preserving its specificity. The nature and build-up of these channels will be described later.

Change function.

The system has to accomplish the mechanisms described before. The system's operation based on the change-function, which has to realize these mechanism. Let see these criteria one by one and examine them how is possible to accomplish them by the change-function.

The determination of the primary critical stimuli.

a/ At the sensor side, select cells, which connect to sensors which role is to sense the primary critical stimuli. If a primary critical stimulus appears in the environment, then the cell change to the active state, and this activity spread across the cell-space changing the state of the connecting cells. This activity not activates the effector-cells, and stay as long as the stimulus exists in the environment.

b/ If the primary critical stimulus is based in the stimulus intensity limit rule, do not have to select specific cells to connect the primary critical stimulus sensors, but have to make sure, if a sensor cell get a stimulus, which intensity is over the given limit, then the change-function value of this stimulus change to primary critical stimulus. This kind of stimulus travel trough the whole system, through the boundary of the stimulus routes, but not activate the effector cells.

The primary critical stimuli only cause, but not produce effector activity, do not have to be specific, but have to spread freely in the cell-space, because they have to indicate everywhere the existence of a primary critical stimulus. It's role: cell-space activation, indication that have to have an intervention.

The primary critical stimuli starting from the designated sensor cells (1a), or from every sensor cell depending from the stimulus intensity (1b).

Spreading of the not primary critical stimuli (neutral or secondary critical stimulus) in the cell-space:

These stimuli have to be specific (not like the primary critical); do not let them to spread freely in the cell-space. The spreading has to be realized in insulated channels.

Those sensor-cells, which connected to non-primary critical sensors, need to prepare for the channel building, need to set up channel-seeds to these places. The channels will grow up from these seeds by the stimulation of the sensors.

Build up stimulus-transfer gates on the same time active contacted channels with resistance signal transfer.

The resistance make it possible of the stimulus to a weaker pass-trough across the association gates compared to the original strength of the stimulus. It means, that the stimulus can go through association gates proportionally its strength.

If stimulus spread in the channel, the border-cells of the channel become activity-signaling cells. If an activity signaling cells contacting to an other channel's activity signaling cell (both channel active in the same time), than change the state of the contacted cells to gate-state (association gate, association connection), which later make it possible, that only one of the channel's activity produce activity for the other one. The pass-trough of the stimulus have to become with resistance, otherwise all of the other, secondary and farther association-connected channels become active, do not succeed the stimulus intensity rule.

Interconnection of the sensor and effector cells

Necessary to connect these cells, when primary critical stimulus is present in the cell-space, the system needs to effect an answer.

If an activity-signaling border-cell has in its neighborhood an effector-cell and a primary-critical stimulus-signaling cell, then create a signal-carry-over gate, which can transfer the signal of the active channel to the effector field's given part.

Affirmation.
With the repeated stimulation of a channel, the cross-section of the channel is growing on the neutral cells account. The numbers of signal-carry-over gate-cells growing, if the necessary condition of its formation exists.

Forgetting
Stable formations (channels, gates) transform to neutral cells based on random selection. The transformation processes are:
gate cell -------> border cell
channel base-state cell -------> border cell
border cell -------> neutral cell

Do not let to create the transformation process an irrational structure, for example do not let to form a border cell inside the channel.

Inhibition

If the critical stimuli is next to an existing signal-carry-over gate-cells then do not let the non-critical stimulus goes trough over the gate (blocking).

The mechanism of the attention to the stimulus power:

If the power of the stimulus growing, the frequency to be in active state of the sensor-cells growing (until the maximum frequency).

The change-function in four neighborhoods, two dimension cell-space realized, I do not review it. This is only an experimental change-function because of the 2-dimension limit.

UAA RENDSZER FIZIKAI MEGVALÓSÍTHATÓSÁGA

Hogyan lehet az elõzõekben meghatározott tulajdonságú rendszereket felépíteni?

A következõkben egy párhuzamos mûködésû rendszert perceptronként leírva ismertetek. A rendszert korlátozott méretû (határokkal rendelkezõ) sejtautomataként építem fel. A rendszer sejthomogén, a mûveletvégzõ egységek (sejtek) azonos számú sejttel azonos módon kapcsolódnak (a mûködés során geometriai változás, elmozdulás nem történik a sejttérben). A struktúra változását a sejtek állapotainak változásai eredményezik.

Az UAA tulajdonságokkal rendelkezõ sejttér és átmenetfüggvényének leírása.

Sejtelemek.

A sejttér azonos típusú sejtekbõl áll. A sejtelemeknek képeseknek kell lenni a megadott átmeneti függvény elraktározására. A sejtelemek funkcionálisan három csoportba sorolhatók:

Szenzorsejtek: felfogják és kódolják a külvilág inereit.

Motorikus sejtek: kiadják az effektoroknak a rendszer által kidolgozott válaszokat.

A harmadik csoportot azok a sejtek képezik amelyek az elsõ kettõ között helyezkednek el. Belõlük fejlõdik ki a szekunder struktúra.

Primer struktúra.

A sejteknek egymáshoz való érintkezését, fizikai kapcsolatát, "huzalozását" primer struktúrának nevezem. Modellemben a sejttér bármely kis részletében (természetesen ott, ahol ez értelmezhetõ) a sejttér primer struktúrája megegyezik, azaz a sejtek azonos számú sejttel azonos módon kapcsolódnak. Ezt a felépítést nevezem sejthomogén struktúrának.

Természetesen a homogenitás csak a primer struktúrára vonatkozik. Elõnye a könnyebb kivitelezhetõség (mûködés közben a szekunder struktúra változásával nem jár együtt a primer változása, azaz nem történik geometriai változás, elmozdulás a sejttérben), és az átmeneti függvény általánossága (minden sejtelemet ugyanaz az átmeneti függvény mûködtet).

A megfelelõ primer struktúra megtalálása alapvetõ fontosságú egy hatékonyan mûködõ rendszer kifejlesztése érdekében.

Szekunder struktúra.

A mûködés során szükséges, hogy a szenzorsejteket és a motorikus sejteket jelvivõ csatornákkal kapcsoljuk össze. A csatornák a primer struktúrából fejlõdnek ki az atmenetfüggvény alapján. A mûködés során az eredetileg azonos állapotú (alapállapotú) sejtek állapota megváltozik. A megváltozott állapotú sejtekbõl speciális struktúra, jelvezetõ csatornák alakulnak ki, amelyekben a környezet kódolt ingerei specifitásukat megõrizve terjedhetnek. Ezen csatornák mibenlétére és kialakulására a késõbbiekben visszatérek.

Átmenetfüggvény.

A rendszernek a korábban meghatározott mechanizmusok szerint kell mûködnie. A mûködést az átmeneti függvény biztosítja, amelynek realizálnia kell ezeket a mûveleteket. Vegyük sorra az egyes kritériumokat és nézzük meg, hogyan valósíthatók meg az átmeneti függvénnyel.

Elsõdleges kritikus ingerek meghatározása.

a/ A szenzor oldalon sejteket jelölünk ki, amelyeket az elsõdleges kritikus ingereket érzékelõ szerkezetekkel kötjük össze. Ha a környezetben elsõdleges kritikus inger jelenik meg, aktivizálódjon a sejt, az aktivitás terjedjen szét a sejttérben, de ne aktivizálja a motorikus sejteket, és addig maradjon fenn, amíg az inger létezik.

b/ Ha elsõdleges ingerként intenzitáskorlátozást alkalmazunk, nem kell speciális sejteket megkülönböztetnünk az elõzö módon, de biztosítani kell, hogy az intenzitáshatárt elérve az átmeneti függvény ezt elsõdleges kritikus ingerként kezelje. Egy ilyen inger az ingerfolyósók (lásd késõbb) határait túllépve haladjon át a sejttéren, de ne aktivizálja a motorikus sejteket (ne váltson ki választ).

Az elsõdleges kritikus ingerek csak okozzák és nem kiváltják a válaszokat, nem szükséges specifikusnak lenniük, de szabadon kell terjedniük a sejttérben, hogy lehetõség szerint mindenhol jelezhessék az inger jelenlétét. Szerepük: aktivizálják a sejtteret, jelezzék, beavatkozásnak kell történnie.

Az elsõdleges kritikus ingerek vagy azokból a szenzorsejtekbol indulnak ki amelyeket kijelöltünk (1a), vagy minden szenzorsejtbõl az intenzitás függvényeként (1b).

Nem elsõd1eges kritikus ingerek (sem1eges, vagy másodlagos kritikus ingerek) terjedése a sejttérben.

Ezeknek az ingereknek -az elõzõtõl eltérõen specifikusnak kell maradniuk, nem engedhetjuk szabadon szétterjedni a sejttérben. A terjedést szigetelést biztositó csatornákban kell megvalósítani.

Azokat a szenzorsejteket, amelyeket nem elsõdleges kritikus ingerérzékelõkkel kötöttünk össze, elõ kell készíteni a csatornák kialakítására, csatornamagokat kell beírni a sejttérnek ezen helyeire, amely az ingerlések hatására csatornává növekedik.

Érintkezõ, egyidõben aktív csatornákon ellenállással rendelkezõ ingerátvivõ asszociációs kapu alakuljon ki.

Az ellenállás valósítja meg az inger eredeti intenzitásához képest gyengített átterjedését az asszociációs kapukon, tehát az inger az intenzitásának megfelelõ számú asszociációs kapun terjedhessen át.

Ha a csatornában inger terjed, a csatorna fala váljon aktivitást jelzõ sejtté. Ha egy aktivitást jelzõ sejt szomszédos egy másik csatornában lévo aktivitást jelzõ sejttel (a két csatorna egyidõben aktív állapotú ), stabil kapu jöjjön létre (asszociációs kapu), amely késõbb már az egyik pálya aktivitása eseten is biztosítja az inger átterjedését a másik pályára. Az átterjedésnek ellenállással kell történnie, ellenkezõ esetben az összes asszociatív kapcsolatban lévõ csatorna ingerületbe jön, nem érvényesül az intenzitás törvénye.

Szenzor és motorikus sejtek összekapcsolása

Ezen sejtek összekapcsolására akkor van szükség, ha elsõdleges kritikus inger van jelen a sejttérben, tehát ha beavatkozásnak kell történnie.

Ha egy aktív, csatornát határoló sejt szomszédos egy motorikus sejttel és egy elsõdleges kritikus ingert jelzõ sejttel, ingerátvivõ kapu alakuljon ki, amely átvezeti az aktív csatorna jelét a motorikus mezõ adott részére.

Megerõsítés .
A csatornák ismételt ingerlésével a csatorna keresztmetszete növekedjen a semleges sejtek rovására, illetve a kapuk száma növekedjen, ha a kialakulásukhoz szükséges feltételek jelen vannak.

Felejtés
A stabil alakzatok (csatornák, kapuk) alakuljanak át semleges sejtekké a sejtek véletlenszerü kiválasztása alapján, e szerint az átmenetek:
kapu ------ ) határoló sejt
csatorna alapállapot -------) határoló sejt
határoló sejt -------) semleges sejt

Az átmeneteknél biztositani kell, hogy ne alakulhasson ki irracionális struktúra, azaz például ne keletkezhessen határoló sejt a csatorna belsejében.

Gátlás
Ha a kritikus inger egy éppen ingerületátvivő kapu mellett van, akkor a nem kritikus inger nem terjed át a kapun (blokkolás)

Az ingererõsség figyelembevételének mechanizmusa
Ha az inger erõssége nõ, a szenzorsejt aktív állapotba billenésének a frekvenciája (egészen a maximális frekvenciáig) növekedjen.

Az átmenetfüggvény négy-szomszédos kétdimenziós sejtérben megvalósított, most nem ismertetem.

THE OPERATION OF THE CELLSPACE

At the start of the activity of the system, the cells in the cell-space are in base state. The sensor-cells connecting to the channel-seeds-state-cells.

During the evolution of the cell-space (on the influence of stimulation) the channel-seeds growing to channels utilized by the primary structure. Contacting to each other and the effector cells, creating a complex net, building up the secondary structure. If the contacting channels active at the same time, association gates are building up between them, and later either channel activity can create activity (with lower intensity) into the other channel, through this gate.

If primary critical stimulus is exist in the cell-space (the system have to create an intervention), the same time active channels are creating gates to the effector cells, and through these gates the channel activity create activity for the gate-connecting effector cells (creating secondary -which has answer- critical stimulus). These effector cells can be stimulated by other active channels, which are in association connections with the channel, which created the gate to the effector cell, but weakened depending on the distance.

If not the proper effector cells become active (not the proper reaction effected for the primary critical stimulus), because of the channels' growing and the existence of the primary critical stimulus, new stimulus-carrier-gates are building up continuously, until the suitable answer not found. After it found, the primary critical stimulus ceased, the effector-gates build-up stopped and ceased the activity of the primary critical sensor cells and the connected channels, the states become stable.

If not, or not only the successful effect generated by the effector gates build up on the stimulus routes to cease the primary critical stimulus, or not only the suitable effector gates build up (but those as well), then only those structures stay alive by the forgetting and repetition, which are generating the successful triggering effect by the channels connecting to the suitable effector gates. Until the suitable connection exists, the given primary critical stimulus wont be present, only the forgetting has effect to this structure. If the forgetting terminates this structure, the given primary critical stimulus can born again by the way described before, and stay active until the suitable connection build up again. The unnecessary structures destroyed by the forgetting (become base-state cells).

Stimulating any of the stimulus channels, which are in mutually associated connection with each other, the given stimulus can go around (but continuously weakened) in these channels (even more than once) through the association gates until it ceased. This way realized the short-term information storage function.

Long term memory is equivalent of the structure of the channels and its connections.

The system extremely redundant. If a cell becomes inactive, it wont disturbs the spread of the stimulus (the stimulus go around of the inactive cell), or if the cell originally was a gate cell, later will be an other gate from an other cell. Of course, do not let to be to many defective cells, because the system function will suffer a loss.

The UAA directional unit successful development's state depends on the number of the cells, those working frequency, the primary structure complexity and the efficiency of the change function.

A SEJTTÉR MÛKÖDÉSE

A rendszer mûködésének kezdetén a sejttérben a sejtek alapállapotúak. A szenzorsejtek speciális állapotú sejtekkel, csatornamagokkal érintkeznek.

A sejttér fejlõdésekor (ingerlés hatására) a csatornamagok a primer struktúra felhasználásával csatornákká növekednek. Egymással és a motorikus mezõvel érintkezve behálózzák a sejtteret, kialakítva a szekunder struktúrát. Ha az egymással érintkezõ csatornák azonos idõben aktívak, közöttük asszociációs kapu keletkezik, amelyen keresztül késõbb az egyik csatorna aktív állapota átterjedhet (kisebb intenzitással) a másik csatornára.

Ha elsõdleges kritikus inger is jelen van (beavatkozásnak kell történnie), az ez idõben aktív csatorna kapukat nyit a motorikus zónában, az ingerülete aktivizál bizonyos motorikus sejteket (másodlagos -válasszal rendelkezõ- kritikus ingerek kialakulása). Ezen motorikus sejteket ingerelhetik a kaput nyitó csatornával asszociációs kapcsolatban lévõ csatornák is, de távolságuktól függõen gyengítetten.

Ha a motorikus mezõ nem megfelelõ része kerül aktív állapotba (nem az elsõdleges kritikus ingert megszüntetõ válasz jön létre), az aktív csatornák növekedését és az elsõdleges kritikus inger jelenlétét figyelembevéve addig keletkeznek új ingerületátvivõ kapuk, amíg a hatásos reakció létre nem jön. Ekkor megszünik az elsõdleges kritikus inger, megszünik a motorikus kapuk szaporodása és az elsõdleges kritikus ingert kiváltó okot érzékelõ szenzorsejtek és a hozzá kapcsolódó csatornák aktivitása, stabilizálódik az állapot.

Ha nem, vagy nem csak a kiváltó ok által generált ingerpályán jönnek létre az elsõdleges kritikus ingert megszüntetõ motorikus kapuk, vagy nem csak ezek a motorikus kapuk keletkeztek (de közöttük van ez is), a felejtés és az ismétlések hatására azok a kapuk maradnak életben, amelyek a valódi okot kiváltó csatornát kötik össze a hasznos reakciót kiváltó motorikus sejtekkel. Amíg a helyes kapcsolat létezik, nem jön létre az adott elsõdleges kritikus inger, csupán a felejtés hat a kapcsolatra. Ha a felejtés ezt a kapcsolatot is megszünteti, újból kialakul az adott elsõdleges kritikus inger és aktív marad mindaddig, amíg a helyes kapcsolat újra megszületik. A felesleges elemek a felejtés hatására kiirtódnak (alapállaputúakká válnak).

Az egymással kölcsönösen asszociációs kapcsolatban lévõ ingerpályák bármelyikének ingerlésével az adott ingerület gyengítetten, de körbehaladhat (akár többször is) az asszociációs kapukon mindaddig, amíg le nem cseng. Így valósulhat meg a rövid, illetve közepes idejü információtárolás.

A hosszú távú memóriát a rendszer ingerpályái, kapcsolatai testesítik meg.

A rendszer nagy mértékben redundáns. Ha egy sejt meghibásodik, az ingerek terjedését ez nem zavarja (kikerülik ezt a sejtet), vagy ha eredetileg kapu volt késõbb új kapu keletkezik helyette. Természetesen nem szabad, hogy túl sok hibás sejt legyen jelen, mert ez már zavarná a mûködést.

A rendszer fejlettségi szintjét a sejtek száma, mûködési frekvenciája, az elsõdleges struktúra komplexitása és az átmeneti függvény hatékonysága határozza meg.

CONCLUSION

In this study I described a possible theory of a directional mechanism. I used some results of the research of the cybernetic and psychology to develop this theory.

The described system in this study is not a finished completion. It still has many open ways to research to create a directional system, which is working effectively, drivable, and can perform useful task efficiently and can be created in practice. The theory still need more work.

1988

BEFEJEZÉS

A dolgozatban egy lehetséges irányítási elvet ismertettem. Az elv kialakításában felhasználtam a kibernetika és a pszichológia, elsõsorban az agy kutatásának néhány eredményét.

A dolgozatban ismertetett rendszer leírása nem befejezett egész. Jónéhány, még bejárásra váró utat tartalmaz, amely még szükséges, hogy eredményesen mûködõ, hasznos feladatok ellátására képes, a gyakorlatban is kivitelezhetõ rendszer születhessen belõle. A rendszer kidolgozása további munkát igényel.

ezer kilencszáz nyolvan nyolc

E-mail: uaasystem@gmail.com