طراحي و شبيه‌سازي مولد مركزي الگو مبتني بر ممريستور

كارشناسي ارشد

الگوهاي تكراري در بدن موجودات، اعم از مهره‌داران و بي مهرگان، توسط مجموعه‌اي از نورون‌ها و سيناپس‌ها توليد مي‌شوند. اين مدارهاي نوروني تخصصي كه الگوهاي متناوب براي كنترل سيستم‌هاي حركتي (و انقباضي) توليد مي‌كنند، مولدهاي مركزي الگو نام دارند. امروزه در راستاي رفع ناتواني‌هاي عصبي و توسعه‌ي فن‌آوري رباتيك به منظور شبيه‌تر كردن رفتارهاي ربات‌ها به انسان‌ها و حيوانات، نيازمند توليد مصنوعي اين الگوها هستيم كه توسط مولدهاي مركزي الگوي مصنوعي صورت مي‌گيرد. در اين پايان‌نامه براي شبيه‌سازي يك نمونه مولد مركزي الگو تماما آنالوگ ابتدا مدارهاي آنالوگ اجزاي آن يعني نورون و سيناپس را طراحي و شبيه‌سازي مي‌كنيم. بدين منظور از مدل ايژيكويچ براي مدل‌سازي رفتار نورون بيولوژيكي استفاده مي‌كنيم. پس از شبيه‌سازي مولد مركزي الگو در MATLAB، به سراغ طراحي و شبيه‌سازي نورون و سيناپس در نرم‌افزار HSPICE مي‌رويم. براي توليد الگوهاي انفجاري نورون كه رايج‌ترين رفتار نورون در مولدهاي مركزي الگو است، از يك مدار آنالوگ طراحي‌شده استفاده مي‌كنيم. شبيه‌سازي رفتار سيناپس مستلزم در نظر گرفتن وظايف سيناپس بيولوژيكي يعني نگه داشتن وزن سيناپسي، تغيير مقدار وزن سيناپسي و ضرب وزن سيناپسي در سيگنال ورودي است. ويژگي‌هاي عنصر جديد ممريستور باعث مي‌شود تا اين وظايف سيناپس به شكل بهينه‌اي توسط اين عنصر صورت گيرد. مدار طراحي شده براي سيناپس به گونه‌اي طراحي شده است كه شرايط استفاده از ممريستور را داشته باشد و به علاوه، از ويژگي‌هاي ممريستور بهره ببرد. اين مدار از دو ممريستور، يك بافر ورودي و آينه جريان‌هاي خروجي تشكيل شده است. در ادامه با داشتن مدارهاي نورون و سيناپس، مدار مولد مركزي الگو با دو نورون و دو سيناپس طراحي و شبيه‌سازي شده است. در مدار نهايي تغيير وزن سيناپسي نرخ توليد الگوهاي انفجاري مولد مركزي الگو را تغيير مي‌دهد به اين ترتيب كه با افزايش وزن سيناپسي، نرخ توليد الگوي انفجاري خروجي افزايش يافته و بالعكس. بنابراين فاصله‌ي بين دو اسپايك انفجاري از 857 ميكروثانيه تا 6 ميكروثانيه قابل كاهش است. كليه‌ي طراحي‌ها و شبيه‌سازي‌ها با تكنولوژي μm0.35 انجام شده است. كليد واژه: مولد مركزي الگو ، نورومورفيك ، مدل‌سازي عصبي ، مدل نورون ، شبكه‌هاي عصبي اسپايكي ، پروتزهاي نوروني ، ممريستور .

189310

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك

دكتر كريم محمدي