Проект СВЧиКР-2602

практико-ориентированный

Разработка и экспериментальное исследование ключевых компонентов оптического нейрона на основе фото- и магниточувствительных сред для последующего применения в вычислительных системах для ООО «ТМСистемы СХ».

Этап 1. Аналитический (подготовительный)
- Провести обзор научной литературы по оптическим нейроморфным системам, фото- и магниточувствительным средам.
- Освоить методики измерения оптических и магнитных характеристик материалов (под руководством руководителя).
- Сформулировать требования к ключевым компонентам оптического нейрона (весовые коэффициенты, функция активации).
- Выбрать конкретные типы фото- и магниточувствительных сред для дальнейших исследований.

Этап 2. Теоретический (модельный)
- Разработать математические модели ключевых компонентов оптического нейрона на основе выбранных сред.
- Провести численное моделирование весовых коэффициентов и функции активации в зависимости от внешних воздействий.
- Определить диапазоны управляющих параметров (оптических, электрических, тепловых, магнитных и др.) для экспериментальной проверки.
- Подготовить программные средства для обработки и визуализации результатов моделирования.

Этап 3. Экспериментальный
- Изготовить или адаптировать лабораторный макет оптического нейрона.
- Провести экспериментальные измерения характеристик нейрона (весовые коэффициенты, функция активации) при различных внешних воздействиях.
- Обработать и систематизировать полученные данные, сравнить их с теоретическими моделями.
- Оценить воспроизводимость и стабильность работы компонентов нейрона.
Этап 4. Обобщающий (внедренческий)
- Обобщить результаты, сформулировать фундаментальные зависимости (весовые коэффициенты, параметры функции активации).
- Подготовить материалы для публикаций в рецензируемых журналах и заявок на объекты интеллектуальной собственности (патенты, свидетельства на ПО).
- Внедрить разработанные математические модели и программные средства в учебный процесс кафедры СВЧиКР.
- Оформить итоговый отчёт по проекту и представить результаты на научно-техническом совете (в том числе для ООО «ТМСистемы СХ»).

– Кафедра СВЧиКР ТУСУР – руководство проектом, внедрение результатов в учебный процесс, обеспечение защиты интеллектуальной собственности.
– ООО «ТМСистемы СХ» – предоставление материально-технической базы, расходных материалов, доступ к измерительному оборудованию, софинансирование.
– Студенты-участники – получение профессиональных компетенций в области оптоэлектроники, схемотехники, математического моделирования, 3D-печати.

1 000 000 р

ООО «ТМСистемы СХ»

Оптические нейронные сети является активно развивающимся направлением, которое теоретически позволит решать многие задачи намного быстрее благодаря использованию для расчетов параллельные свойства света.

Научная новизна проекта заключается в комплексном исследовании и разработке ключевых компонентов оптического нейрона на основе фото- и магниточувствительных сред, что открывает новое направление в области оптических нейроморфных вычислений.

В рамках проекта впервые предполагается:

- Предложить и научно обосновать принцип построения оптического нейрона на основе фото- и магниточувствительных сред, в котором управление весовыми коэффициентами и реализация функции активации осуществляются за счёт внешних физических воздействий (оптических, электрических, тепловых, магнитных и др.), выбираемых в зависимости от свойств конкретной среды. Ранее фото- и магниточувствительные материалы рассматривались изолированно; их совместное применение для эмуляции нейронных операций в оптическом диапазоне не исследовалось.

- Разработать оригинальные математические модели ключевых компонентов оптического нейрона, учитывающие взаимное влияние различных физических эффектов (фотоиндуцированных, магнитоиндуцированных и иных) в активной среде. Модели позволят прогнозировать характеристики нейрона (весовые коэффициенты, вид функции активации) в зависимости от выбранных управляющих воздействий.

- Впервые экспериментально получить фундаментальные зависимости весовых коэффициентов и параметров функции активации оптического нейрона от внешних управляющих воздействий (интенсивности оптического излучения, напряжённости магнитного поля, температуры, электрического поля и т. п.) и свойств фото- и магниточувствительных сред. Эти данные расширят существующие представления о физических процессах в средах с двойной чувствительностью и создадут основу для проектирования оптических нейросетей.

- Научно обосновать возможность создания вычислительных систем на основе предложенных оптических нейронов для решения задач дефектоскопии, классификации и компьютерного зрения, что сформирует теоретическую базу для последующих прикладных разработок в интересах ООО «ТМСистемы СХ» и других организаций.

Совокупность ожидаемых результатов внесёт вклад в формирование отечественной научной школы в области оптических нейроморфных вычислений и создаст задел для новых научных исследований на стыке фотоники, магнетизма и нейроморфных систем.

– Для развития научного направления: результаты проекта внесут вклад в
формирование отечественной научной школы в области оптических нейроморфных вычислений. Планируемые публикации в рецензируемых журналах и заявки на объекты интеллектуальной собственности (патенты, свидетельства на ПО) повысят публикационную активность кафедры и университета.
– Для образовательной деятельности: созданные математические модели и программные средства будут внедрены в учебный процесс кафедры СВЧиКР,
что позволит студентам старших курсов изучать принципы работы оптических нейросетей на реальных примерах.
– Долгосрочный технологический потенциал: полученные фундаментальные зависимости (весовые коэффициенты, характеристики функции активации) послужат отправной точкой для последующих прикладных разработок, направленных на создание оптических нейросетей для решения широкого круга задач (дефектоскопия, классификация, компьютерное зрение и т. д.).

1. Научные результаты
- Научно обоснованный принцип построения оптического нейрона на основе фото- и магниточувствительных сред, включая выбор управляющих физических воздействий (оптических, электрических, тепловых, магнитных и др.).
- Экспериментально полученные фундаментальные зависимости весовых коэффициентов и параметров функции активации от управляющих воздействий для выбранных фото- и магниточувствительных сред.

2. Практические результаты (для ООО «ТМСистемы СХ» и отрасли)
- Лабораторный макет оптического нейрона, демонстрирующий работоспособность предложенного принципа.
- Рекомендации по выбору фото- и магниточувствительных сред и режимов управления для последующего применения в вычислительных системах предприятия.
- Задел для создания отечественной элементной базы оптических нейроморфных вычислений.
3. Программные и методические результаты
- Программные средства для численного моделирования и обработки экспериментальных данных, которые планируется внедрить в учебный процесс кафедры СВЧиКР.
- Методические материалы (лабораторные работы, практикумы) по изучению принципов работы оптических нейросетей на реальных примерах.
4. Публикационная и патентная активность.
- Не менее 1–2 публикаций в рецензируемых научных журналах (в том числе индексируемых в РИНЦ, возможно, в соавторстве со студентами).
- Заявки на объекты интеллектуальной собственности: патент на полезную модель или изобретение, свидетельство на программное обеспечение (по мере готовности результатов).
5. Образовательные результаты
- Освоение студентами 2–3 курсов современных методов математического моделирования, экспериментальных исследований и обработки данных.
- Повышение публикационной и научно-исследовательской активности кафедры и университета.
- Формирование у студентов компетенций в области фотоники, магнетизма и нейроморфных систем.

1 этап: Проведение обзора литературы, выбор фото- и магниточувствительных сред и формулировка требований к ключевым компонентам оптического нейрона.

2 этап: Разработка математических моделей и программных средств, численное моделирование весовых коэффициентов и функции активации, начало создания лабораторного макета.

3 этап: Проведение экспериментальных измерений, обработка и систематизация данных, сравнение с моделями, подготовка материалов для первой публикации и внедрение моделей в учебный процесс.

Промышленные предприятия и организации (основной потребитель — ООО «ТМСистемы СХ»).
Научно-образовательные организации.
Организации, заинтересованные в интеллектуальной собственности.
Государственные и отраслевые программы.
Внутренние потребители (участники проекта)