Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В4. Схема бинокулярного зрения: / — объскт; 2 — гороптсрный круг; 3 †. центральная ямка; 4 — ициклооическийи глаз; 5 — точка фиксации Человек относится к числу так называемых фронтальных млекопитающих, у которых зрительные ноля (области, воспринимаемые каждой сетчаткой отдельно) перекрываются. Это позволяет человеку выполнять точные манипуляции руками под контролем зрения, а также обеспечивает точность и глубину видения (стереоскопическое, или бинокулярное зрение).
Бинокулярное зрение характеризует возможность совмещения образов объекта, возникающих в каждой сетчатке. Зона перекрьггия зрительных полей обоих глаз около 120, в то время как зона монокулярного видения составляет около 30 для каждого глаза (именно такой угол зрения имеет глаз относительно его центральной точки). Визуальная информация передается в головной мозг по зрительному нерву„состоящему из 10 аксонов. Зрительные волокна, идущие от носовых 6 половин сетчаток, пересекаются в хиазме и переходят на противоположную часть зрительной коры, волокна же височных областей не пересекаются. Следовательно, расположенные к носу от средней линии (нозальные отделы) участки сетчатки участвуют в механизмах бинокулярного, а расположенные в височных отделах (темпоральные отделы) участки — в механизмах монокулярного зрения.
Одно время считалось, что механизмы стереоскопии обусловлены исключительно параллаксом, т. е. разностью упюв зрения левого и правого глаза. Однако, хотя действительно расстояние одним глазом оценивается менее точно, чем двумя, утрата этой способности не так существенна, как в случае пространственного слуха. В настоящее время полагают, что восприятие глубины пространства зависит также от ряда дополнительных факторов, в том числе зрительного опыта.
Изображение объекта проецируется на сетчатку справа от центральной ямки в левом глазу и слева от нее в Левое двойное ~ ~ Правое правом. Это позволяет при биноку- изображение ' ~ изобр лярном зрении создать неперекрещи- 5 вающиеся двойные изображения. Их 1 наложение осуществляется в так на- / зываемом циклопическом глазе 1 1 воображаемом органе, в который ! ! проецируются сетчатки правого и / левого глаз (рис. В4), Установлено, что изображение не будеч двоиться, если объект находится в области гороптера — криволинейной поверхно- 3 сти, на которой лежат узловые точки 4 обоих глаз и точка фиксации, Бинокулярное зрение у людей не является врожденным и формируется в возрасте 8 — 27 недель.
Введение 83.5. Особенности тактильной рецепции Биологическая значимость тактильной сенсорной функции, пожалуй, наиболее высока. Если отсутствие специальных видов чувствительности —— зрсния, слуха, обоняния и т. д. не приводит к гибели организма, то отсугствие тактильной (кожной) рецепции несовместимо с жизнью. Существо, лишенное возможности воспринимать тактильную информацию, пс могло бы уберечься от опасных внешних воздействий, о которых сигнализируют болевые ощущения; сохранять стабильность ориентации и движения в пространстве, поддерживаемые мышечным тонусом и т. д.
Тактильная рецепция и в филогенетическом смысле является самой древней; Опа объединяет несколько видов чувствительности, которые можно разделить на две категории: чувствительность, связанная с кожными рецепторами, и виды чувствительности, связанныс с рецепторами, которые находятся в мышцах, суставах и сухожилиях.
Кожа является предохранительной оболочкой организма. Ее общая площадь достигаст в среднем 2,5 м . В коже, мышцах, суставах и сухожилиях находится огромное количество рецепторов. Внугри кожи, например, можно выделить по крайней мере четыре самостоятельных вида рецепции: температурная (тепловая и холодовая), тактильная, болевая и вибрационная (иногда ее характеризуют как зависимую от трех других).
Этим четырсм видам кожной чувствительности соответствуют различные рецепторные аппараты, К числу основных относятся: колбочки Краузе, раздражение которых дает ощущение холода; цилиндрические рецепторы Руффини, формирующие тепловые о1цушеиия„ корзинчатые сплетения и тельца Меснера, ответствспиыс за возникновение ощущений прикосновсния и давления; так называемые свободные нервные окончания, связанные с болевыми функциями. Кроме кожных рецепторов существуют рассмотренные выше рецепторы мышц, суставов и сухожилий, связанные с проприоцептивной (кинестетической) чувсгвительностью. Они вырабатывают сигналы в тот момент, когда происходит изменение силовых факторов в опорно-двигательном аппарате, являясь таким образом носителями информации о расположении и движении мьппечно-суставного комплекса. Существует и ряд других рецепторов, назначение которых пока неизвестно.
В целом кожа и опорно-мышечный аппарат представляют собой как бы огромный распределенный. рецептор, которйй вынесен наружу для первичной обработки контактных воздействий. Кожа неоднородна по количеству и характеру представленных в ней рецепторов, Есть места очень чувствительныс к прикосновению, темпсратурным и болевым воздействиям, есть менее чувствительные. Например, у человека наиболее чувствительны ладонь руки и язык, наименее — средняя зона спины. Различнос количество рецепторов отражает неодинаковую значимость соответствующих участков тела. Рецепторы кожи в физиологии принято делить на три группы: медленно ВЗ.
Бионические испекты информаиионных систем адаптирующиеся, быстро адаптирующиеся и тельца Пачини. Первые формируют непрерывный поток импульсов при постоянном механическом стимуле (например, действии веса человека на стопу). Вторыс регистрируют изменяющиеся во времени механические стимулы, при этом величина реакции будет пропорциональна скорое~и стимула. Третьи представляют собой очень быстро адаптирующиеся рецепторы.
В этом смысле уместны следующие бионические аналогии. Медленно адаптирующиеся рецепторы можно рассматривать как ЧЭ датчиков силы (давления) или деформации кожи„быстро адаптирующиеся рецепторы, время адаптации которых 50...500 мс, подобны датчикам скорости, а тельца Пачини являются аналогами ЧЭ датчиков ускорения или вибрации кожи. В тактильных системах их функцию выполняют датчики проскальзывания. Для передачи раздражений от рецепторов кожи и опорно-двигательного аппарата в организме существует три типа волокон.
А, В и С. Эти каналы связи передают различную информацию и отличаются диаметром и степенью миелинизации, и тем самым скоростью проведения нервного импульса. Волокна тина А имеют наибольший диаметр (8...12 мкм) и сильно миелннизированы, что позволяет передавать возбуждение со скоростью до ! 20 м/с. Эти волокна являются каналами передачи сигналов тактильной и кинестетической природы, идущих.от мышц, сухожилий и суставов. Волокна типа В, снабженные тонкой мислиновой оболочкой, имеют диаметр 4...8 мкм, проводят раздражение со скоростью 15...40 м/с и связаны в основном с температурной и болсвои рецепцией.
Наконец, волокна типа С вообще нс содержат миелиновую оболочку, имеют диаметр < 4 мкм и скорость передачи возбуждения 0,5...! 5 м/с. Они связаны с болевыми и частично температурными ощущениями. В тактильной рецепции наряду с определенной специализацией наблюдается также перекрытие рсцспторных каналов, отвечающих за различные функции. Так, болевая и температурная чувствительности преимущественно связаны с самыми тонкими волокнами С, а тактильные ощущения проводятся по более крупным волокнам А и В, Мы рассмотрели вкратце важнейшие биологические механизмы сенсорных функций, которые являются прототипом информационной (сенсорной) системы робота.
Заметим, что во многих случаях одна и та же поведенческая задача может быть решена путем объединения нескольких сенсорных модальностей. Хорошим примером такого взаимодействия является движение. При ходьбе геловек использует зрение, тактильную, кинестетическую, а также слуховую сенсорные функции. Однако, как правило, поставляемая этими системами информация оказывается избыточной. Например, чтобы пройти по улице, достаточно использовать всего три информационных канала.
Замещение одной сенсорной функции другой получило название сенсорной компенсации. В частности, тактильная рецепция слепого частично замещает зрение. Принцип замещения широко используют в робототехнике. В4. Понитие об информационном подходе Введеннос выше понятие информационной системы (см. В2) нуждается в уточнении. Можно независимо от функционального назначения говорить об уровнях информационной структуры.
Действительно, в зависимости от 29 масштаба анализируемых явлений каждую информационную структуру можно рассматривать соответственно в терминах информационного устройства, информационной системы и информационной сети. Так, молекула в масштабе вещества является «элементарным кирпичиком», в масштабе собственных размеров — некой системой, в масштабе атома — сложной се~ью взаимодействий. Данный подход позволяет информационную структуру различного уровня и различной природы рассматривать с системных позиций и использовать принципы системного проектирования. Представление информационных устройств в виде некоторых технических систем (описываемых как совокупность взаимосвязанных аппаратно-программных средств, имеющих общую функциональную схему и предназначенных для выполнения единой технической задачи) позволяет применять современные методы синтеза сложных систем (например, метод целевых функций).
Б качестве примера рассмотрим информационную систему, в которой происходит последовательное лреобразаваиие информации. Для.простоты ограничимся двумя преобразователями К н О. При анализе этой модели воспользуемся известным подходом Шеннона — фон Неймана, определяющим информацию 1 как меру случайного выбора. Согласно этому подходу, в альтернативной ситуации любое событие оценивается не содержанием, а вероятностью или «редкостью» его наступления. В результате при осуществлении случайного выбора полученной информации оказывается тем больше, чсм меньше ожидается совершившееся событие. Тогда при числа возможных вариантов событий и количество информации 1, получаемой в ходе реализации выбора, пропорционально 1и л: 1 1 = 1п и, или Х = 1п —, Р где Р— вероятность события. Из этой формулы следует., что если сообщение очевидно (или событие обязательно произойдет), то Р = 1 и 1 = О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
