DIDO Nasıl Çalışır?

Bir telefonun çaldığını duyduğunuzu hayal edin . İlk yaptığın şey nedir? Bu muhtemelen pek çok şeye bağlıdır, örneğin nerede olduğunuz, günün saati, ne yaptığınız, yanınızda kimin olduğu, zil sesinin neye benzediği ve bunun gerçekten sizin telefonunuz olup olmadığı. Bir markette yürüyorsanız ve birkaç koridordan bir telefonun çaldığını duyarsanız, muhtemelen bunun sizin telefonunuz olmadığını anlar ve görmezden gelirsiniz. Arabanızdaysanız, trafiğe göre telefona cevap verip veremeyeceğinize veya eller serbest bir cihazınız olup olmadığına karar verebilirsiniz.

Bu sadece telefona cevap verip vermeyeceğinize karar vermek için çok fazla değişken ve muhtemelen çalan bir telefonu cevaplamanız veya görmezden gelmeniz için başka birçok neden düşünebilirsiniz. Beynimiz, tüm bu koşulları hızla işleyebilen, en iyi tepkiye karar verebilen ve vücudumuza harekete geçme talimatı verebilen güçlü bilgisayarlardır . İnsanlık tarihi boyunca, bu süreci her senaryoda doğru bir şekilde kopyalayabilen bir makine yaratmak neredeyse hayal bile edilemezdi. Ancak bugün, DIDO yazılımı ve donanımı gibi teknolojiler, bu tür makineleri gerçeğe dönüştürmeye yardımcı oluyor.

Çalan bir telefona tek bir doğru yanıt olmadığı gibi, bir uçağı yönlendirmenin veya bir robotun bacaklarını hareket ettirmenin de tek bir doğru yolu yoktur. Ancak senaryoyu etkileyen tüm koşullar göz önüne alındığında en iyi yanıt olabilir. Uçağın durumunda, bir pilotun hedefe doğru nasıl yöneldiği, belirli bir anda yükseklik, hız, rüzgar yönü, hava hızı ve diğer yüz değişkenden herhangi biri tarafından etkilenir. İnsan pilotlar tüm bu bilgileri işler ve yanıtlar.

Bir bilgisayar bu süreci gerçekten çoğaltabilir mi? İşte burada DIDO gibi teknolojiler devreye giriyor. DIDO, MATLAB bilimsel bilgi işlem platformunda çalışmak üzere programlanmış bir yazılımdır ve bu da Microsoft Windows gerektirir. Bilgisayarlar, büyük ve sürekli değişen miktarda veriyi güvenilir bir en iyi yanıta dönüştürmek için DIDO'yu kullanabilir. DIDO, 1990'ların sonlarında ABD Deniz Kuvvetleri Yüksek Lisans Okulu profesörü Isaac "Mike" Ross tarafından geliştirildi. O sırada Ross ve meslektaşı Fariba Fahroo, optimal kontrol teorisi ve hesaplama konusunda araştırma yapıyorlardı. Daha sonra optimal kontrol teorisine daha fazla bakacağız.

Bugün DIDO, Elissar Global tarafından pazarlanan donanım ve yazılım çözümlerinin bir parçasıdır. Bu makale, DIDO'nun çözmeye yardımcı olduğu sorun türlerini ve DIDO optimal kontrol teknolojisinin bazı nefes kesici teknolojik uygulamalarını kapsar. Pek çok alandaki araştırmacıların DIDO'yu nasıl kullandığına bir göz atarak başlayalım.

1. Sözde Spektral Optimal Kontrol
2. Uzayda DIDO
3. Diğer DIDO Uygulamaları

DIDO'nun çözdüğü problemin terimi optimal kontroldür. Analizde, optimal kontrol teorisi, belirli bir koşul kümesi verilen belirli bir senaryoda en iyi mekanik yanıtı bulmaya yönelik matematiksel bir yaklaşımdır. Matematiksel olarak, optimal kontrol, istenen bir sonucu elde etmenin maliyetini en aza indiren (getiriyi en üst düzeye çıkaran) bir dizi diferansiyel denklemdir. Endişelenme! Bu konsepti çok daha basit hale getirmek üzereyiz.

Optimum kontrolü anlamak için zamanı bir anlığına donduralım. Çevrenizdeki dünyanın duyumlarını alın: manzaralar, sesler, kokular, tatlar ve fiziksel duygular. Şimdi bunu beyninizde depolanan her şeyle birleştirin . Çevrenizdeki herhangi bir yeni uyarana tepki verme şekliniz, tüm bu bilgilere dayanacaktır. Şu anda bir kapı zili duymaya veya taze pişmiş kurabiye kokusuna nasıl tepki verirsiniz?

Bilgisayarlar, beyin gücümüzü taklit etmek amacıyla benzer duyusal bilgileri verilere dönüştürebilir. Bilgisayar, tüm bu verileri kullanarak belirli bir uyarana en iyi yanıtı hesaplayabilir. Bilgisayarın bakış açısından, "en iyi" yanıt, minimum maliyetle maksimum getiriyi sağlayan eylem olacaktır. Bu en iyi yanıt kavramı, bilim adamlarının ve matematikçilerin optimal kontrol olarak adlandırdıkları şeydir.

Şimdi zamanı çözelim ve tekrar ileri gidelim. Aniden, optimal kontrolü hesaplamak daha karmaşık hale gelir. Saniyenin her kesri geçtikçe koşullar değişir ve dikkate alınması gereken yeni duyusal verilerle birlikte koşullar değişir. Bu nedenle, optimum kontrolü bulmak için en büyük zorluk, sürekli değişen bu koşulları göz önünde bulundurmak ve buna göre yeniden hesaplamaktır. Beynimiz sürekli olarak bu yeniden hesaplamaları yapar, ancak bunu yapmak için bir bilgisayarın bir tür uyaran-tepki programına sahip olması gerekir.

Bu bileşik optimal kontrol problemi, başka bir hesap kavramının eklenmesini gerektirir: psödospektral teori. Sözde spektral teori, bilinen bazı kısıtlamalar dahilinde, optimal kontrol hesaplamaları için yaklaşık değerlerin kullanılmasını içerir. DIDO yazılımı, optimal kontrol problemlerine psödospektral yaklaşımıyla bilinir. Böylece, DIDO, arabalar ve uçaklar da dahil olmak üzere çevre koşullarını sürekli olarak yeniden değerlendirmesi ve buna göre yanıt vermesi gereken makinelerin çalıştırılmasına yardımcı olur.

Şimdiye kadar optimal kontrolün ne olduğunu ve psödospektral teorinin önemini belirledik. Ardından, DIDO'ların en belirgin uygulamasına sahip olduğu uzaya yakınlaştıralım veya daha doğrusu uzaklaştıralım .

Dido'nun Sorunu

Antik Roma ve Yunan tarihi, Kartaca Kraliçesi olarak bilinen Elissar veya Elissa adında bir kadını içerir. Özellikle Virgil'in "Aeneid"inde Dido olarak da anılırdı. Efsaneye göre Dido, diğer birkaç kişiyle birlikte memleketi Fenike'den kaçtı ve yerleşmek istediği bir yer bulduğunda, Kartaca şehri olacak (günümüzde Tunus'ta) olacak araziyi elde etmek için oradaki kralla bir anlaşma yaptı. . Anlaşmada Dido, bir boğa postuyla işaretleyebileceği kadar arazi alacaktı. Dido ve meslektaşları, tek bir boğa derisinden kesilen küçük şeritlerden uzun bir ip yaptılar. Daha sonra kıyı şeridini sınır olarak seçmişler ve ipi o kıyı sınırı ile yarım daire şeklinde yerleştirmişlerdir. Kral, yeni gelenlerin bu kadar büyük bir araziyi işaretleyebilmelerine şaşırdı. Matematikte, Dido'Sorunukalan kenarlar için bir sınır çizgisi ve bir çevre verilen maksimum alanı üreten şekli bulmaya verilen addır. Bu maksimum alanı üreten rakam, efsanevi Dido'nun gözlemlediği gibi, verilen sınır çizgisi boyunca bir yarım dairedir.

Elissar Global'e göre, yazılımının en kapsamlı uygulaması uzayda olmuştur. Bu muhtemelen DIDO için en sezgisel uygulamadır, çünkü uzaydaki araçlar ve diğer makineler, doğrudan insan eylemlerinden ziyade büyük ölçüde otomasyona veya uzaktan kumandalara dayanır. Dışarıda, çevresinde neler olup bittiğini algılayabilen ve en iyi yanıtı hızla belirleyen bir bilgisayar değerli bir varlıktır.

DIDO'nun iki özel uygulaması, yazılımın optimal kontrol problemlerini çözme konusundaki itibarını oldukça artırmıştır. Bunlardan ilki 2006 yılında, DIDO'nun Uluslararası Uzay İstasyonunu (ISS) herhangi bir yakıt harcamadan yörünge yolunda 180 derece manevra yapma hedefini ele aldığı zamandı. Tipik olarak, ISS ve yörüngedeki diğer araçlar, manevra yapmak için pahalı yakıt gerektiren iticileri kullanmalıdır. DIDO'nun yaratıcısı Ross ve diğer araştırmacılar, sıfır yakıtlı bir manevranın (ZPM) mümkün olduğu konusunda bir fikre sahipti.

DIDO, her biri başarılı olan bu sıfır yakıtlı manevralar için iki kez kullanıldı. 5 Kasım 2006'da ekip ISS'yi 90 derece manevra yaptı. Dört ay sonra, 3 Mart'ta 180 derecelik bir dönüş başardılar. Bu deneyler, DIDO için büyük ölçekli bir kavram kanıtıydı ve onu önde gelen optimal kontrol teknolojisi olarak ün kazandı.

2010 yılında, DIDO'nun bir başka uygulaması da NASA'nın Geçiş Bölgesi ve Koronal Explorer (TRACE) uydusunu manevra yapmaktı . TRACE güneşi inceleme görevindeydi, ancak 12 yıllık girişimi sırasında neredeyse hiç hareket etmemişti. TRACE araştırmasının gösterdiği gibi, NASA'nın iki nokta arasında düz bir çizgi izleme protokolü, seyahat edilecek en kısa mesafeyi tanımlamış olabilir, ancak bu en hızlı rotadan çok uzaktı. Dolayısıyla, uydunun yeni bir noktaya dönmesi (bir açıyla hareket etmesi) gerektiğinde, bu düz yola bağlı kalmaya çalıştığı için gereğinden çok daha uzun sürüyordu.

TRACE manevra araştırması, uydu NASA Mühendislik ve Güvenlik Merkezi (NESC) tarafından hizmet dışı bırakılmak üzereyken geldi. NESC'den mühendisler, Mark Karpenko'nun DIDO hesaplamalarını uygulamak ve TRACE için en uygun dönüşümü yukarı bağlamak için bir deneyde başı çekmesine izin verdi. Hipotez, yerçekimini bir avantaj olarak kullanan optimum yolun, döndürme için daha verimli bir yaklaşım sağlayacağıydı. Bu fikir, fizikteki Bernoulli ilkesiyle ilgilidir.

İki aylık sınırlı dönüşüne rağmen, TRACE araştırma ekibi hipotezini kanıtlamayı başardı. Ek olarak, TRACE her dönüş sırasında elektrik gücünün yarısından daha azını gerektirdi. Gözlemciler TRACE uydu manevrasını uzayda dans ediyormuş gibi tanımladılar. İşte biz buna yıldızlarla dans diyoruz!

Sırada, yörüngeden çıkıyoruz ve DIDO'nun burada, Dünya'da onu nasıl büyüttüğünü kontrol ediyoruz.

DIDO, optimal kontrol problemlerini çözmek için genel bir yaklaşım olarak tasarlanmıştır. Bu , Microsoft Windows'ta çalışan MATLAB bilgi işlem platformunu kullandığı sürece, sistem ne tür girdiler işlerse işlesin, herhangi bir özerk sisteme kolayca entegre olması gerektiği anlamına gelir . Otonom sistem ile, robotik bir varlık olarak birlikte işlev gören ve belirli bir görevi tamamlamak için gerçekleştirmesi gereken eylemlerin sırasını kendi başına belirleyen bir donanım ve yazılım kombinasyonunu kastediyoruz. Bir anlamda otonom sistem, kendi problemlerini çözebilen bir robottur.

Bunun nedeni, DIDO'nun o kadar genel olmasıdır ki, hem akademisyenler hem de endüstrideki araştırmacılar, çok çeşitli optimal kontrol problemlerini çözmek için yazılımı uygulamanın yollarını bulmuşlardır. Bunu, araştırmacıların DIDO'yu mevcut yazılımla otonom bir sistemde entegre edebildiği robotikte belirgin bir şekilde görüyoruz. DIDO yaratıcısı Ross bir röportajda, özellikle eski öğrencilerinden birinin yazılımı , bazı şaşırtıcı sonuçlarla yer robotlarına uyguladığını söyledi . Aynı doktora mezunu, birden fazla robotik aracı, çarpışmadan sert sularda gezinmeyi araştırdı.

DIDO'nun ilgi gördüğü bir diğer alan da havacılık. Daha önce, bir uçağın nasıl yönlendirileceğini belirleyen tüm koşulların bir örneğini vermiştik. Bu örnek keyfi değildi: Bunu seçtik çünkü DIDO tam da bunu yapabildi. DIDO, planörler için uçuş yörüngelerinin bulunmasına yardımcı olmanın yanı sıra, uçaklar için yakıt optimizasyonuna da yardımcı oluyor. Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA), dünya çapındaki araştırmacıların çalışmalarında DIDO'yu kullanan çalışmalarını yayınladı.

Benzersiz bir DIDO uygulaması, kanatlı bir su altı aracı şeklinde insansız otonom bir sistem olan bir denizaltı planörünü yönlendirmek için optimal kontrol hesaplamalarını uyguluyor. Virginia Tech'teki araştırmacılar, böyle bir planörün suda bir yunus gibi hareket etmesini sağlamanın yollarını aradılar; bu, oşinografik araştırmalar yaparken hem enerji açısından verimli hem de kullanışlıdır. Takımın zorluklarından biri, aşağıdan yukarıya doğru yörüngelere geçiş yaparken bir oyalama etkisine değinmekti. Ekip, DIDO'nun araştırmaları için kurmaları ve çalıştırmaları için en kolay çözüm yöntemi olduğunu bildirdi, ancak başka bir araçla [kaynak: Kraus, Cliff, Woolsey ve Luby ] benzer hesaplamalar aldıklarını da bildirdiler .

Bu makale boyunca, optimal kontrol problemlerinin ne olduğuna, DIDO'nun bunları çözmeye nasıl yardımcı olduğuna ve araştırmacıların DIDO'yu çeşitli ticari ve akademik alanlarda uyguladıkları yenilikçi yöntemlere baktık. Sonraki sayfada daha fazla bilgiye göz atarak DIDO deneyiminizi optimize edin.

İlgili Makaleler

Daha Fazla Harika Bağlantı