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Wednesday, January 18, 2006

The Silicon Eye

矽眼

在〈The Fitness of Things〉文末提到的《矽眼》,我這個月初在網路上得知此書,於 8 號溜到政大書城購買,當天就熬夜將它閱讀完畢、畫上重點、附上書籤。原本打算寫個評介的,想想還是把我批註的部份整理整理,將內文摘錄摘錄就好:

  • 視覺不是一種感覺,而是一種訊息理解力。[p22]
  • Carver Mead 和他的研究小組發展出對助聽器極有效用的電子耳蝸,也設計出一系列的視網膜晶片。[p23]
  • 一旦你親手建造某樣東西,你就能發掘到光憑思索或測量所無法觸及的層面。一旦了解真意,並抓住其中的物理基本原則,就能發展出更好的實物。[p23]
  • Foveon 相機的特色是,每一個畫素都將影像的真實特徵記錄下來,揚棄數位模擬的方式。[p24]
  • Foveon 的名稱,是由人體視網膜中具有高度色彩解析能力的中央窩(fovea)而來。[p42]
  • 發明的訣竅就在於尋找及延續模式。「這個世界有很多好東西,只要肯去尋找對稱、尋找模式,你就可以找到好東西。」[p49]
  • Peter Ducker 一反常理且無情的定義:「沒有一種改革能夠動搖既有的系統,除非它更優越十倍」。[p59]
  • 在半導體業,一間公司想達到競爭優勢的方法,並不是申請專利然後公諸於世,而是將它藏在製造過程的關鍵步驟內,藏在層層繁複緊密的線路和矽晶設計中。[p70]
  • 對電晶體來說,絕緣又無法通電的 floating gate 是沒有用處的,因為它不能當作控制元件,然而用在 memory cell 上卻很好,因為 floating gate 可以保存電容器的電力長達數年甚至數十年之久。[p77]
  • 只要是任何能簡化成數字的宇宙萬象,數位電腦都有能力模擬。但數位電腦卻無法和真實世界溝通。它們又聾、又啞、又笨、又無生命…人工智慧最大的挑戰不在操弄數字,無論是高中數學或高等微積分,而是真實世界的感官認知──所有視覺、聽覺、觸覺和動作能力,這些是所有生命誕生之後,第一個要學的。[p86]
  • 大腦並不是跟著抽象的時鐘節奏來運作,而是根據訊息進入的時間,再加上同時抵達的其他事件的時機來做運算。舉例來說,大腦能夠從一連串同時出現的、雜亂無章的各種聲音中,區別字和雜音的不同。[p98]
  • Analog VLSI and Neural Systems》 [p102]
  • Misha Mahowald 她的模型涵蓋整個神經組織中的光及能量的流向,從捕捉色彩的視網膜錐細胞,…最後進入皮質層,綜合一切,形成可辨識的影像全貌。從「大量的輸入」到「大量的輸出」,這就是相互關連,有條有理的視覺影像系統。[p116]
  • Carver Mead 的中心思想就是「從做中學」,除非你親自動手作,否則無法徹底了解真相。[p121]
  • Transducer Physiology [p122]
  • Blind Source Separation [p143]
  • Support Vector Machine [p144]
  • 類比似乎只能用在特定的應用上面,流程或輸入必須固定不變。如果要用到記憶體或寫程式,還是需要回歸到數位。[p147]
  • 訊號的時間常數如果在毫秒左右,用類比是很適合的。電荷在你使用前不會衰減,也不會漏掉… [p159]
  • 類比有著極為重要的地位。不過,如果你只需要計算的話,買台電腦就行了。[p163]
  • 大腦是極端區域性的,只有不到 1% 的線路是屬於遙控性質…神經軸索數目大約只占了神經突觸的十億分之一。大腦 70% 的能量處理樹突。雖然 McCullough 及其他首屈一指的類神經網路學者均認為這是一種被動程序,但 70% 這個數據卻意味著一種積極、有改變型態能力的溝通形式。比起 von Neumann 式的電腦,大腦其實更類似 data flow 或 systolic array 。[p171]
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Monday, January 16, 2006

The Fitness of Things

突然發現,書架上有好些書都提到 MIT ,其中更有幾本,是以 MIT 為故事背景的。 1999 年購入的這本《MIT 長廊下的思考》是描寫關於「工程史」和「科技想像」的。書中首先提到,早期的工程界,對其中的菁英份子而言,促使他們與眾不同、促成他們成功的背後,潛藏著一股力量,這股力量就是對事物適性的感受力(A sense of the fitness of things):

在 MIT 長廊停留越久,錦囊空間(solution space)就變成一種直覺。它來自於對宇宙的正確思維方式。遊走於這條長廊,你會發現主觀和客觀、物質和精神、事實現狀和該有的情況、人造和自然、發現和發明、天生和創造之間的差異,逐漸消失。

所謂工程,就是把符合利益、想法和願望的性質加以定位組合;只要做得好、剛剛好、很多次,那麼真實世界和想像範疇之間的差異,就會逐漸淡化。

這種以實務和直覺掛帥的情形,後來發生了重大的演變,堪稱工程史上的「奪嫡」事件。早期工程師設法通過錦囊空間時,其慣用的策略,就是建立模式,觀察它如何失敗。這種策略,後來在許多場合,都漸漸失靈了:

整個製作及測試的方法,只有實驗裝置發揮部份效能時,才能取得一些資料;畢竟飛機飛不上天,就不會墜毀,同樣地,一代代瞎子摸象的實驗裝置是學不到什麼經驗的。尤其微波的輻射非常細微,所以設計一再失敗,無法發生作用。

物理學者在遭遇同樣的情形時,剛開始也一樣顯得無力,但他們的專業傾向和性格,似乎比較適合解決這種難題。

物理學者對挫折的典型反應,不是繼續修正,而是放下一切,利用數學精確地描繪出問題,擴充內容,增大視界。當製作及測試的方法一籌莫展時,這種方式經常能夠提供新的想法和嘗試的門徑。

在數學家過來參上一腳後,事情變得更戲劇化,和傳統工程界的見解完全分道揚鑣,這肇因於一種幾乎是全能機器的發明。理論上這種機器只要閱讀指令,就能夠像人一樣連續操作,無須重新設計。這就是取代所有機器的機器──電腦。不論人類可以利用電腦來做什麼,它已經預示了即將發生在工程界的重大變化。

工程科學和自然科學使用同樣的工具,但目標不同。自然科學一旦能夠回答有關自然秩序的一切問題後,很可能就會無事可做。工程科學則是蒐集一切原理,根據這些原理設計可能製造而為人類所需的物件,不必經過製作及測試階段,直接形成錦囊空間的統一理論。

自然科學的最後產物是「神諭」或「合理的答案」;工程科學的最後產物是「阿拉丁神燈」。工程科學也可以視為工程的分支,是另外一種工具的創造,專門製造「邏輯機器」──公式和模式,而非硬體的橋樑或汽車…

科學方面的貢獻,不同於畫油畫。油畫沒畫好之前,並不存在;而自然問題的答案,唯一不確定的是它們將在何時、被何人發現而已。

當前的趨勢,設計的邏輯盡量擺脫物質結構,採用軟體程式。 Carver Mead 卻採用他所謂的 Systems Assembly 策略著手「生物視網膜工程」。 Mead 認為:

以電腦當人腦的模式,對於神經生理學的貢獻極少。原因不在於人腦無法模仿,而在於類似之點的推展還不夠。換句話說,數位電腦和人腦的相似程度仍然不夠,不足以達到目的。製造一個利用神經生理學運作原理的電腦,更加詳盡的模仿人腦,應該是可能的事情。

Mead 企圖以現代的科技,製造一個最接近人腦的東西。如果計畫成功,我們就可以根據這個複雜的「矽腦」的表現,來研究神經生理功能。Mead 的這個計畫從視網膜開始著手。更詳盡的內容可以進一步閱讀《矽眼》這本書。