DE3429078C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Simulation der Formatio reticularis mit einer Rechenanlage.

Die Formatio reticularis (RF) befindet sich im Gehirnstamm. Zum Aufbau und zur Wirkungsweise der RF ist insbesondere auf folgende Literaturstellen hinzuweisen:

Scheibel, M. E. & Scheibel, A. B. (1958), Structural substrates for integrative patterns in the brain stem reticular core. In Reticular Formation of the Brain, Eds. H. H. Japsper et al. Boston Little and Brown.

Scheibel, M. E. & Scheibel, A. B. (1967), Anatomical basis of attention mechanisms in vertebrate brains. In The Neurosciences, A Study Program, Eds. G. Quarton et al., New York: The Rockefeller University Press.

Scheibel, M. E. & Scheibel, A. B. (1968). The brain stem reticular core - an integrative matrix. In Systems Theory and Biology; ed. Mesarovic M. D., Springer Verlag, New York Inc.

Scheibel, M. E. & Scheibel, A. E. (1973), Int. J. of Neuroscience, 1, 195-309.

McCulloch, W. S. (1965), Embodiments of Mind, Cambridge, Mass. M.I.T. Press.

W. L. Killmer, W. S. McCulloch and J. Blum; Int. J. Man- Machine Studies (1969), 1, 279-309.

Nach diesen Autoren läßt sich der Aufbau und die Arbeitsweise der RF folgendermaßen charakterisieren.

• 1. Die RF ist dasjenige Entscheidungszentrum (Befehlsrechner), das dem gesamten Organismus eine einzige bestimmte, von einer relativ kleinen Anzahl basaler Verhaltensweise empfiehlt; z. B.: sensorisch-motorisch, aufsteigend-absteigend, Entfernen-Annähern.
  2. Die RF ist eine integrierte Matrix, die mit allen Hirn- und Rückenmarksystemen in Beziehung steht, jedoch keinen direkten Kontakt mit der Umwelt hat. Sie ist bei allen Wirbeltieren gleich aufgebaut.
  3. Die RF kann keine neuen Verhaltensweisen "erfinden", und nicht ihre Befehle selbst ausführen.
  4. Das Problem der RF besteht darin, wie ihre mehrere Millionen Neuronen im Bruchteil einer Sekunde einen arbeitsfähigen Konsens bezüglich des passenden Modus der totalen Ausübung (proper mode of total commitment) erreichen können.
  5. Die RF hat eine Redundanz an potentieller Befehlsausübung (command). Diejenigen Module, also Neuronen, die über die dringendste Information verfügen, haben dabei die höchste Autorität.
  6. Die RF zeigt dabei einige im zentralen Nervensystem einzigartige anatomische Eigenschaften:
  • 6.1. Im Bereich der zentralen zwei Drittel der RF erstrecken sich Dendritenschäfte in vorwiegend dorso-ventraler Richtung mit höchst beschränkter Ausdehnung in Längsrichtung des Stammes . Die starke rostro-caudale Kompression hat zu einem Vergleich mit einem Stoß Pokerchips geführt, welche entlang der Längsachse der RF gereiht sind (Scheibel, Scheibel, 1968, Seite 272). In Fig. 1 ist ein Sagittalschnitt durch die untere Hälfte des Hirnstammes einer 10 Tage alten Ratte dargestellt. Kollaterale Fasern von Tractus pyramidalis 1 und von einem einzelnen Axon 2 einer retikulären Zelle 3 illustrieren die Tendenz der afferenten Endäste 4, sich in Ebenen zu organisieren, die annähernd senkrecht zur Längsachse des Stammes stehen. Die retikulären Dendriten 6 sind parallel zu den Endästen angeordnet, im Gegensatz zu der Dendritenorganisation des angrenzenden Nucleus n. hypoglossi 7, so daß man die Formatio reticularis als eine Reihe von Neuropilsegmenten betrachten kann (Scheibel u. Scheibel 1958, Seite 35). Fig. 1A zeigt einen Transversalschnitt durch die medulläre RF einer reifen Katze, wobei die Bezugsziffern die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 1.
    6.2. Gemäß Fig. 2 kann man zur Vereinfachung die unteren zwei Drittel der RF als dreidimensionale Matrix ähnlich einem Kristallgitter betrachten. Jeder Gitterschnittpunkt kann dabei als Ort verstanden werden, an dem man möglicherweise ein reticuläres Neuron findet. Wegen der offensichtlich zufälligen Verteilung der Neuronen in der RF, ist jedoch anzunehmen, daß man die Neuronen 8 an manchen, aber nicht an allen Schnittpunkten des Gitters findet (Scheibel, Scheibel, 1968, Seite 270 bis 271).

Es ist bereits eine Einrichtung zur Simulation der RF mit einer Rechenanlage bekannt (W. L. Killmer, W. S. McCulloch, J. Blum, Int. J. Man-Machine Studies [1969] Band 1, Seiten 279 bis 309). Dabei werden die etwa 100 µm dicken "Pokerchips" nach Scheibel, Scheibel durch einzelne Module mit nicht linearen probabilistischen Computern ersetzt. Jedes Modul erhält von einigen aber nicht allen Eingabesystemen, die der Neuro-Anatomie nachgebaut sind, Eingabedaten, während jedes Modul direkt Daten einigen aber nicht allen anderen Modulen zuführt und Daten von einigen aber nicht allen anderen Modulen empfängt. Die Schaltverbindungen zwischen den Modulen sind dabei so gewählt, daß einander benachbarte Module eine engere Datenkopplung besitzen als voneinander entfernte Module. Es wird angenommen, daß dies der axonalen Anatomie der RF entspricht.

Auf Seite 306 in der Fig. 10 ist ein Blockdiagramm für eine Einrichtung zur Simulation der RF mit einer gesteuerten Rechenanlage dargestellt. Kern der Rechenanlage ist ein der Formatio reticularis entsprechender Befehlsrechner bzw. eine Befehlserzeugungseinheit, die alle anderen Rechner beeinflußt und steuert. Dieser Befehlsrechner ist mit mehreren Eingaberechnern verbunden, und zwar einem Perzeptionsrechner, einem Relationsrechner, einem Handlungsintentionsrechner und gegebenenfalls weiteren Rechnern. Der Perzeptionsrechner wandelt Umweltsignale, die von Sensoren, z. B. einer Kamera aufgenommen sind, in computergerechte Umweltdaten um. In dem Relationsrechner werden diese Daten gegebenenfalls gewichtet und weiterverarbeitet. In dem Handlungsintentionsrechner werden Handlungsabsichten z. B. in Form eines Programmes vorgegeben, die zeitgesteuert und über Rückmeldungen gesteuert ablaufen sollen. Dieser Handlungsintentionsrechner liefert dem Befehlsrechner den Handlungsintentionen entsprechende Daten. Der Befehlsrechner bestimmt aus den Daten der Eingaberechner eine Handlungsmodalität, d. h. eine Verhaltensweise, die nicht immer der Handlungsabsicht oder Handlungsintention entsprechen muß, z. B. gegenüber dieser aufgrund von Umweltsituationen abgewandelt sein kann. Die vom Befehlsrechner bestimmte Handlungsmodalität führt dann zur Ausführung einer Handlung, die durch bestimmte Befehle an externe Einrichtungen, z. B. Motoren, Kameraplattformen, Räder usw. weitergegeben werden.

Dieses bekannte Modell einer Einrichtung zur Simulation der RF ist in wesentlichen Teilen nur theoretischer Art, dem Grunde nach jedoch in Hardware ausführbar.

Das Hauptproblem sieht McCulloch (Embodiments of Mind 1965) jedoch darin, daß die RF eine Redundanz potentieller Befehlsausübung (Redundancy of potential command) besitzt. Jedes Neuron der RF hat nämlich die Fähigkeit, das ganze System zur notwendigen Handlungsmodalität anzufeuern. Jedoch trifft dasjenige Neuron bei einer solchen Redundanz potentieller Befehlsausübung die Entscheidung, daß die dringendste Information besitzt. Wie McCulloch in der besagten Literaturstelle Embodiments of Mind feststellt, ist es jedoch bisher nicht gelungen, eine Rechenanlage entsprechend der RF mit einer Redunanz potentieller Befehlsausübung zu bauen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die der RF auch in bezug auf die Redundanz potentieller Befehlsausübung entspricht.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Ausgangspunkt der Erfindung bildet dabei die Erkenntnis, daß die Neuronen und Nervenfortsätze (Dendriten und Axone) der RF den Elementen bzw. Kanten eines dreidimensionalen Permutographen entsprechen, d. h. daß das Nervensystem der formal ein-eindeutig einem dreidimensionalen Permutographen entspricht. Realisiert werden in der Rechenanlage gemäß der Erfindung die Neuronen durch adressierbare Speichermodule, die Nervenfortsätze durch Schaltungsverbindungen zwischen den Speichermodulen, die zu Kreisen, sogenannten Hamilton-Kreisen geschlossen sind. Diese Hamilton-Kreise werden ihrerseits durch eine Folge von Negativoperatoren bestimmt. Jeder Hamilton-Kreis legt innerhalb des Befehlsrechners eine bestimmte Handlungsmodalität fest. Andererseits ist jedem Speichermodul eine Permutation aller ausgewählten Hamilton-Kreise zugeordnet, d. h. eine bestimmte Programmfolge von Handlungsmodalitäten. Die geschlossenen Verbindungswege zwischen den Speichermodulen entsprechend den Hamilton-Kreisen können von jedem Speichermodul aus gestartet werden. Die der Umweltinformation am besten angepaßte Handlungsmodalität bzw. Folge von Handlungsmodalitäten wird jedoch durch dasjenige Speichermodul ausgelöst, das dieser Handlungsmodalität bzw. dieser bestimmten Programmfolge zugeordnet ist. Hiermit herrscht Redundanz potentieller Befehlsausübung.

Bevor näher auf die Technik der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Simulation der RF eingegangen wird, soll zunächst das Prinzip des Permutographen und dessen Anwendung zur Simulation der RF näher erläutert werden. Eine ausführliche Beschreibung der dem Permutographen zugrundeliegende Negativsprachentheorie sowie des Permutographen selbst findet sich in folgenden Literaturstellen:
G. Günther (1980), Identität, Gegenidentität und Negativsprache. In: Beyer W. R.: Hegel-Jahrbuch 1979, Pahl-Rugenstein, Köln;
Thomas G. G. (1982): On Permutographs. Supplemento ai Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, Serie II/2, 275-286.

Das Prinzip des Permutographen sei anhand der Fig. 3 erläutert, die einen zweidimensionalen, vierwertigen Permutographen wiedergibt, d. h. einen Permutographen mit den Werten, 1, 2, 3 und 4. Die Anzahl der Permutationen und damit der Elemente des Permutographen beträgt dabei 4!=24. Diese in Fig. 3 lexikographisch festgelegten Elemente 1 bis 24 (sie sind in einem Kreis wiedergegeben und werden auch als Knoten bezeichnet) entsprechen dabei den folgenden Permutationen:

Die Elemente lassen sich mit den drei Negationsoperatoren N₁, N₂ und N₃ generieren. Ein Negationsoperator bewirkt dabei den Umtausch zweier benachbarter Werte nach folgendem Schema

Beispielsweise entsteht aus dem Element das Element durch den Negationsoperator N₃ bzw. aus dem Element das Element durch den Negationsoperator N₂ nach folgendem Schema:

In Fig. 3 sind die einzelnen Negationen N₁, N₂ und N₃ durch die Zahlen 1, 2, 3 zwischen den Elementen wiedergegeben.

Durch die Elemente bis des Permutographen lassen sich unter anderem geschlossene Kreise legen, die jeweils genau nur einmal durch jedes Element gehen. Diese geschlossenen Kreise werden als Hamilton-Kreise bezeichnet.

Aus nachstehender Tabelle ist ersichtlich, daß in einem 4-wertigen Permutographen mit 24 Elementen bereits insgesamt 44 Hamilton-Kreise auftreten. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß im Permutograph nicht nur Hamilton-Kreise, sondern auch Kreise verschiedener Länge errechnet werden können (Kaehr 1982, siehe auch Thomas 1982).

Tabelle

Ermittlung aller Kreise in PG₁ (4)

(nach Kaehr, 1982, Einschreiben in Zukunft in:
Hombach D. Zeta 01-Zukunft als Gegenwart, S. 235; Rotation, Berlin).

Die einzelnen Hamiltonkreise unterscheiden sich dabei in der Negationsfolge. Beispielsweise wird ausgehend von dem Element in Fig. 3 ein Hamiltonkreis gebildet durch die Verbindung folgender Elemente:

Festgelegt wird dieser Hamiltonkreis dabei durch folgende Negationsfolge:

1-2-3-2-3-2-1-2-1-2-3-2-3-2-1- 2-1-2-3-2-3-2-1-2.

Dieser Hamiltonkreis bzw. diese Negationsfolge ist in Fig. 3 strichpunktiert wiedergegeben.

Statt des in Fig. 3 dargestellten vierwertigen Permutographen mit zweidimensionalem Aufbau ist nach den gleichen Grundsätzen ein dreidimensionaler Permutograph generierbar. Ein derartiger dreidimensionaler, jedoch fünfwertiger Permutograph ist in Fig. 4 dargestellt.

Da das Nervensystem der RF formal ein-eindeutig einem Permutographen entspricht, so kann die Funktion der RF folgendermaßen dargestellt werden: Die Neuronen der RF sind miteinander verbunden, wobei spezielle geschlossene Kreise, wiederum die durch Negationsoperatoren bestimmten Hamilton-Kreise, unterschiedliche Handlungsmodalitäten festlegen. Zur Erläuterung sei auf die obige lexikographische Darstellung des zweidimensionalen vierwertigen Permutographen mit 24 Elementen verwiesen. In diesem Falle von 24 Neuronen sind vier Hamilton-Kreise festgelegt worden. Jedem Neuron ist dann wieder eine Permutation der vier ausgewählten Hamilton-Kreise zugeordnet, d. h. eine bestimmte Programmfolge, von Handlungsmodalitäten. Die jeweils optimale Handlungsmodalität bzw. Folge von Handlungsmodalitäten wird dann durch dasjenige Neuron gestartet, dessen Programmfolge zumindest teilweise mit der geforderten optimalen Handlungsmodalität bzw. Folge von Handlungsmodalitäten übereinstimmt.

Grundsätzlich kann der Weg durch einen ausgewählten Hamilton-Kreis entsprechend einer ausgewählten Handlungsmodalität von jedem Neuron aus gestartet werden. Welches Neuron tatsächlich die Handlungsmodalität auslöst, hängt, wie oben geschildert, davon ab, welches Neuron die beste Antwort auf die jeweilige Situation hat, d. h. bei welchem Neuron die bevorzugte Handlungsmodalität bzw. eine Folge von Handlungsmodalitäten der Umweltsituation am besten entspricht. Da jedes Neuron innerhalb der RF eine solche optimale Information haben kann und dies dann die Handlungsmodalität und darüber hinaus aus dieser die Handlungsanweisung für das Gesamtsystem auslöst, herrscht in der RF die vorstehend erwähnte Redundanz an potentieller Befehlsausübung.

Der Operationszyklus der RF durchläuft grundsätzlich folgende Phasen:

• a) Systeminterne Handlungsintention, als ständige Entscheidungsbereitschaft;
  b) Dateneingabe an Neuronen aufgrund von Umweltinformationen;
  c) Errechnen einer Handlungsmodalität, d. h. einer Verhaltensweise, wobei die Auswahl der Handlungsmodalität nach der umweltbedingten Dringlichkeit erfolgt;
  d) nach Ausgabe eines Befehles zum Handlungsvollzug des Gesamtsystems erfolgt ein systeminterner Neuaufbau im Sinne einer neuen Handlungsintention.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Rechenanlage zur Simulation der RF beschrieben werden:

Die Neuronen der RF sind dabei durch Speichermodule der Rechenanlage gebildet, während die Nervenfortsätze (Dendriten, Axone) der RF die Schaltverbindungen zwischen den Speichermodulen darstellen.

Die Speichermodule des Befehlsrechners können jeweils einzeln aus herkömmlichen adressierbaren Festwertspeichern, z. B. sog. ROM's hergestellt sein, die eingangsseitig über Adreß- und Steuerleitungen aktivierbar sind. Die Funktion der Speichermodule erfolgt taktgesteuert, z. B. durch einen Taktgenerator in Form eines Ringzählers mit der Speichermodulanzahl entsprechenden Stellen. An den Adreßleitungen liegt dabei die Nummer des Speichermoduls an, über die sonstigen Steuerleitungen noch die Nummer des jeweils ausgewählten Hamilton-Kreises und ein spezifischer Prioritätswert, der weiter unten erläutert wird. Ausgangsseitig wird die Adresse des nächsten Speichermodules sowie des ausgewählten Hamilton-Kreises und gegebenenfalls der Prioritätswert weitergegeben. Über diese Leitungen kann das im ausgewählten Hamilton-Kreis nachfolgende Speichermodul angesteuert werden. Außerdem liegt am Ausgang der für den jeweiligen Hamilton-Kreis zutreffende Negationswert an, der an das Ausgangsschieberegister abgegeben wird. Hiermit ergibt sich eine komplexe Verbindung der Speichermodule einerseits untereinander und andererseits mit den steuernden Eingaberechnern. Hieraus ergibt sich bereits, daß jeder Hamilton-Kreis innerhalb des Befehlsrechners durch Adressierung von außen von jedem beliebigen Speichermodul gestartet werden kann. So könnte z. B. bei den oben anhand des lexikographisch dargestellten zweidimensionalen, vierwertigen Permutographen der Hamilton-Kreis 1 an dem dort als Element bezeichneten Speichermodul gestartet werden. Dies erfolgt jedoch nur dann, wenn die diesem Speichermodul zugeordnete permutierte Folge von Programmen entsprechend bevorzugten Hamilton- Kreisen, d. h. in diesem Falle die Programmfolge 1-4-2-3, auch von den Eingaberechnern als bestmögliche Programmfolge erkannt ist. Da jedes Speichermodul prinzipiell die durch die Hamilton-Kreisfolge definierte Befehlsfolge am Ausgang des Befehlsrechners bestimmen kann, herrscht eine Redundanz potentieller Befehlsausübung.

Anstatt die Speichermodule als separate Festspeicher aufzubauen, die untereinander und mit den Eingaberechnern verbunden sind, ist es auch möglich, den Befehlsrechner mit adressierbaren Festspeichern aufzubauen, die jeweils einem ausgewählten Hamilton-Kreis zugeordnet sind. Diese Festspeicher haben dann eine der Speichermodulanzahl entsprechende Anzahl von Adreßleitungen und Steuerleitungen zum Freigeben des jeweiligen Festspeichers. Die Speicherplätze auf einem solchen Festspeicher sind dann so festgelegt, daß beim sequentiellen Ansteuern der Adreßleitungen am Ausgang des Festspeichers jeweils die den Hamilton-Kreis bestimmende Negationsfolge anliegt. Außerdem erscheint am Ausgang noch eine Kennung des jeweils angesteuerten Speichermodules und dessen bevorzugten Hamilton-Kreises bzw. der bevorzugten Programmfolge. Durch die Kennung wird das jeweils aktivierte Speichermodul bezeichnet und kann in einem Komparator mit dem von den Eingaberechnern spezifisch ausgewählten Speichermodul verglichen werden, welches die der jeweiligen Umweltsituation am besten entsprechende Programmfolge beinhaltet. Stimmen diese beiden Nummern bzw. Kennungen der Speichermodule überein, so gibt der Komparator ein Signal ab, den gleichen Hamilton- Kreis von dem bevorzugten Speichermodul zu starten. Sollte, bedingt durch einen neue Umweltsituation, am Ausgang der Eingaberechner eine neue Programmfolge entsprechend einer gegenüber der bisherigen Folge geänderten Hamilton-Kreisfolge anliegen, so wird diese neue Folge ebenfalls durch ein anderes Speichermodul gekennzeichnet. Soweit während des Durchlaufes des jeweils aktiven Hamilton-Kreises die Kennung dieses Speichermodules dem Komparator zugeführt wird, gibt dieser ein Signal ab, um das jetzt bevorzugte Speichermodul innerhalb eines anderen Hamilton-Kreises zu aktivieren. Dieses Aktivierungssignal erfolgt zeitverzögert, wobei diese Zeitverzögerung dadurch bestimmt wird, daß der bisher im Befehlsrechner aktivierte Hamilton-Kreis bis zum Schluß durchlaufen werden muß. War bislang z. B. das Speichermodul mit der Programmfolge 1-4-2-3 innerhalb des Hamiltonkreises Nr. 1 eingeschaltet und wird jetzt von dem Relationsrechner aufgrund neuer Umweltinformationen festgestellt, daß eine andere Programmfolge ausgeführt werden muß, z. B. die Programmfolge 4-3-2-1, so wird von den Eingaberechnern dem Komparator die Kennung bzw. Nummer des Speichermodules zugeführt, das diese neuen Programmfolgen beinhaltet. Sobald beim Durchlauf des bisher aktivierten Hamilton-Kreises Nr.1 von dem Festspeicher des Befehlsrechners die Nummer dieses Speichermodules dem Kompensator zugeführt wird, gibt dieser gegebenenfalls nach der erwähnten Zeitverzögerung, ein Umschaltsignal ab, so daß jetzt auf den Hamilton-Kreis Nr. 4 geschaltet wird, der von dem bevorzugten Speichermodul gestartet wird.

Eine derartige Ausbildung des Befehlsrechners in Form von Festspeichern für die ausgewählten Hamilton-Kreise benötigt eine wesentlich geringere Verdrahtung als ein Befehlsrechner aus separaten Festspeichermodulen. Am Funktionsprinzip ändert sich dabei nichts, so daß auch hier die Redundanz potentieller Befehlsausübung gegeben ist.

Wie bereits oben erwähnt, müssen die von den Eingaberechnern zur Verfügung gestellten Daten gewichtet sein, d. h. es muß ihnen ein bestimmter Prioritätswert zugeordnet werden, damit der Befehlsrechner immer so angesteuert wird, daß jeweils der "günstigste" Befehl vom Befehlsrechner abgegeben wird. Dieser "günstigste" Befehl entspricht einer Handlungsmodalität, die den Handlungsintentionen unter Berücksichtigung der jeweiligen Umweltsituation am nähesten kommt. Diese Wichtung wird im Relationsrechner vorgenommen, indem jedem Eingangssignal über eine fixe Wichtungstabelle ein entsprechender Wert zugeordnet wird. Diese Eingangssignale sind die vom Handlungsintentionsrechner gelieferten Daten, die vom Perzeptionsrechner gelieferten Daten sowie die dem Relationsrechner rückgemeldeten Daten des Befehlsrechners entsprechend dem augenblicklichen Zustand des Befehlsrechners, d. h. entsprechend dem gerade aktivierten Hamilton-Kreis. Diese Wichtung ist notwendig, damit innerhalb der Eingaberechner entschieden werden kann, welches Speichermodul bevorzugt ausgewählt werden soll, um einerseits der Handlungsintention und andererseits der jeweiligen Umweltsituation Rechnung zu tragen.

Die Umweltinformationen, die dem Relationsrechner über Perzeptionsrechner zugeführt werden, werden üblicherweise von mehreren unterschiedlichen Sensoren geliefert, so z. B. visuellen, taktilen und auditiven Sensoren. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden jeweils einem Perzeptionsrechner zugeführt und dort entsprechend ausgewertet. Um auch in diesem Falle eine Redundanz potentieller Befehlsausführung im Befehlsrechner zu erhalten, ist es notwendig, für jede Sensorgruppe einen eigenen Befehlsrechner vorzusehen, wobei dann die unterschiedlichen Befehlsrechner, in dem erwähnten Fall die auf visuelle taktile bzw. auditive Daten ansprechenden Befehlsrechner "somatotopisch" geschichtet angeordnet sind. Die einzelnen Speichermodule dieser einzelnen Befehlsrechner müssen mit den gleichnamigen Modulen in den anderen Befehlsrechnern verbunden werden; außerdem werden die einzelnen Befehlsrechner in Synchronisation betrieben. Es wird für jede Sensorgruppe im entsprechenden Befehlsrechner ein bestimmter Hamilton-Kreis eingestellt, und zwar wiederum durch Auswahl des jeweilig bevorzugten Speichermoduls. Welcher Befehlsrechner bzw. welcher Hamilton-Kreis letztendlich wirklich als Ausgabe an der Befehlsrechnergruppe anliegt, wird durch eine interne Prioritätszuteilung festgelegt. Diese Entscheidung erfolgt dadurch, daß das vom Relationsrechner aktivierte bevorzugte Speichermodul seinen eigenen Prioritätswert mit demjenigen Speichermodul im gerade eingeschalteten Befehlsrechner vergleicht. Ist dieser Prioritätswert höher als der des zuletzt eingeschalteten Speichermoduls, so wird vom aktivierten Speichermodul ein Impuls zur Umschaltaufforderung gegeben. Durch diesen Umschaltimpuls werden alle Speichermodule, mit Ausnahme desjenigen Speichermoduls, das diesen Impuls sendet, auf Datenempfang geschaltet und erhalten die Prioritätsinformation des neu aktivierten Speichermoduls. So kann z. B. für gleichnamige Speichermodule der unterschiedlichen Befehlsrechner das Speichermodul im Befehlsrechner, der auf visuelle Daten anspricht, den Wert 2 erhalten, das auf taktile Daten empfindliche Speichermodul den Prioritätswert 3 und das auf auditive Daten empfindliche Speichermodul den Prioritätswert 1. Alle diese Prioritätswerte gelten für den gleichen Hamilton-Kreis. Wäre demnach der Befehlsrechner für visuelle Daten eingeschaltet und würden prioritätshöhere taktile Daten vorliegen, so würde an dem betrachteten Speichermodul auf den Befehlsrechner umgeschaltet werden, der für taktile Daten empfindlich ist, da das zugehörige Speichermodul den höchsten Prioritätswert aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, daß immer innerhalb eines Hamilton-Kreises, d. h. innerhalb einer Handlungsmodalität, das bestinformierte Speichermodul den zu generierenden Befehl bestimmt.

Das Ausgangsregister des Befehlsrechners wird einem Exekutivrechner und - als Rückmeldung - dem Relationsrechner zugeführt. In dem Exekutivrechner wird der in Form einer Negationsfolge vorliegende Befehl in Stellbefehle für Aktivatoren umgesetzt, z. B. Stellmotoren für eine Vorwärtsbewegung, für eine Rückzugsbewegung, Stellbefehle zur Betätigung der Sensoren usw.

Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Roboter aufzubauen, der eine im Handlungsintentionsrechner programmierte Handlungsfolge unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen ausführen kann.

Statt nach dem Prinzip eines Permutographen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch nach dem Prinzip eines Kenographen aufgebaut sein. Der Kenogrammatik liegen dabei im wesentlichen die gleichen kombinatorischen Grundlagen wie einem Permutographen zugrunde, wobei die Elemente (Knoten, Speichermodule) durch Kenogramme verkörpert werden. Günstig kann dieses bei der Einbeziehung der glialen Strukturen des Gehirns sein. In diesem Fall werden die den Gliazellen entsprechenden Knoten durch die Kenogramme des Kenographen verkörpert.

Weitere Einzelheiten der Kenogrammatik sind beschrieben in

G. Günther "Cybernetic Ontology and transjunctional Systems, in: Self-organizing Systems", Jovits, Jacobi und Goldstein, Spartan Books, Washington (1962), Seiten 313 -392;
G. Günther "Time, timeless logic and self-referential Systems", Annals of New York Academy of Sciences, Vol. 138, 2, Seiten 396 bis 406 (1967)

Die mit einem Befehlsrechner gemäß der Erfindung realisierte Redundanz potentieller Befehlsausführung soll noch durch ein Zitat aus dem Aufsatz Assembly of Computers to Command and Controll a Robot von L. Sutro und W. Killmer erläutert werden, das in Proc. 1969 Spring Joint Computer Conference, Boston, Massachusetts, auf Seite 172 abgedruckt ist:

"Die Informationsorganisation der Formatio reticularis ist analog einem Stab von Ärzten, die über die Behandlung entscheiden müssen, die mehrere Patienten erhalten sollen. Es sei angenommen, daß 12 Ärzte in dem Stab vorhanden sind, die jeweils Allgemeinpraktiker als auch Spezialisten in einem unterschiedlichen Medizingebiet sind, und daß sie aus vier möglichen Behandlungen eines Auswahl treffen sollen. Ihre Überlegungen ähneln dem Verfahren, durch den die Formatio reticularis eine Handlungsmodalität auswählt. Wie der Ärztestab muß der Befehlsrechner (formatio reticularis) seinen Befehl auf eine Verhaltensmodalität einstellen, die in den meisten Fällen eine Funktion derjenigen Information ist, die auf ihn innerhalb der letzten Sekunde eingewirkt hat (Signale, die diese Mission anzeigen, sind Teile davon) . . . Der Teil des Befehlsrechners, der zu jeder gegebenen Zeit die wichtigste Information enthält, hat die Priorität über die Handlungsweise.

Die Erfindung kann demnach dem Prinzip für eine automatische Diagnoseklinik zugrundegelegt werden.

Jedes Speichermodul kann selbst als Permutograph mit interner Zeitsteuerung aufgebaut sein, so daß die möglichen Hamiltonkreise durch den Bau des Permutographen festgelegt sind. Derartige Module können als Schrittmachermodule bezeichnet werden. Die Handlungsintentionen werden dann intramodular programmiert, so daß Handlungsintentionen von außen nicht vorgegeben werden müssen. Der Befehlsrechner wird auf diese Weise autark.

Die bisher erwähnten Fig. 1 bis 4 stellen dar:

Fig. 1 einen Sagittalschnitt durch die untere Hälfte des Hirnstammes einer 10 Tage alten Ratte;

Fig. 1a einen Transversalschnitt durch die meduläre Formatio reticularis einer reifen Katze;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Formatio reticularis als dreidimensionale Matrix;

Fig. 3 ein Prinzipdarstellung eines zweidimensionalen, vierwertigen Permutographen;

Fig. 4 eine Schemadarstellung eines dreidimensionalen, fünfwertigen Permutographen.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 5 bis 14 näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Roboters, der mittels einer Einrichtung gemäß der Erfindung gesteuert ist;

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Perzeptionsrechners zur Auswertung visueller Umweltinformationen;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Relationsrechners zur Auswertung der Umweltinformationen und vorgegebenen Handlungsinformationen;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Handlungsintentionsrechners zur Verarbeitung der vorgegebenen Handlungsinformationen;

Fig. 9 eine schematische Darstellung von in einem Permutographen-Muster angeordneten Speichermodulen eines Befehlsrechners zur Darstellung von vier ausgewählten Hamilton-Kreisen mit den zugeordneten Negationsfolgen;

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Speichermodules;

Fig. 11 eine Programmiertabelle für einen Festspeicher zur Festlegung eines Hamilton-Kreises in dem Befehlsrechner;

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Speicherplätze in einem Festspeicher zur Realisierung eines Hamilton-Kreises;

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Befehlsrechners für vier Hamilton-Kreise mit Eingabe- und Ausgabelogik;

Fig. 14 eine schematische Darstellung von drei gleichnamigen Speichermodulen in einem somatotopisch geschichteten Befehlsrechner zur Erläuterung der Prioritätsauswahl eines bestimmten Befehlsrechners.

In Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Rechenanlage nach dem Prinzip der Redundanz potentieller Befehlsausübung für einen Roboter dargestellt. Das Gesamtsystem wird aus herkömmlichen Komponenten, vorwiegend herkömmlichen Rechenanlagen mit definierten Eingangs- und Ausgangssignalen zusammengesetzt. Die Komponenten des Gesamtsystemes sind eine Sensorik 1 mit den zugehörigen Perzeptionsrechnern zur Aufnahme und Verarbeitung von Umweltinformationen, ein Relationsrechner 2 zur Bewertung der von der Sensorik 1 abgegebenen Daten im Hinblick auf die von einem Handlungsintentionsrechner 3 abgegebenen Daten, und ferner ein somatotopisch geschichteter Befehlsrechner 4, der von den Rechenanlagen 1, 2 und 3 angesteuert wird und aus diesen Ansteuerdaten Befehle für einen Exekutivrechner 5 berechnet. Der Exekutivrechner 5 setzt diese Befehle in Stellbefehle für eine nicht näher dargestellte Motorik des Roboters um.

Die Sensorik 1 weist drei Gruppen von Sensoren auf, nämlich visuelle Sensoren S-v, taktile Sensoren S-t und auditive Sensoren S-a, die jeweils mit einem zugeordneten Perzeptionsrechner 6-v, 6-t bzw. 6-a verbunden sind.

Die Sensorik 1 für den visuellen Teil ist näher in Fig. 6 dargestellt, wobei hier lediglich Bezugszeichen ohne die Kennung "v" verwendet sind. Die Sensorik für den taktilen bzw. auditiven Teil ist entsprechend aufgebaut.

Die Aufgabe der visuellen Sensorik 1 ist, die visuelle Umweltinformation in aussagekräftigen, computergerechte Informationsdaten umzuwandeln. Als Sensor S wird eine binokuläre Kamera 7, z. B. eine Video-Kamera verwendet, die mit einem automatischen analog arbeitenden Schärfe- und Kontrastregler 8 verbunden ist und ferner Stellmotoren 9 aufweist, mit denen Bildausschnitt und Blickrichtung eingestellt werden können. Die Signale für diese Stellmotoren stammen vom Exekutivrechner 5.

Die Videosignale beider Videokanäle werden einem Bildanalyserechner 10 zugeführt, und zwar jeweils über schnelle Analog/Digital-Wandler 11-1 bzw. 11-2, in denen die analogen Videosignale in Binärsignale umgewandelt werden. Die Binärsignale werden in einer Koordinatenmatrix 12 in X-, Y- und Z-Koordinatenwerte transferiert, die anschließend nach Zwischenspeicherung in einem dreidimensionalen Koordinatenspeicher einem Bildanalyserechner 10 zugeführt werden. In diesem Bildanalyserechner 10 wird anhand eines Analyseprogrammes entweder durch Vergleichen mit ähnlichen, fix abgespeicherten Körpern oder durch Errechnen Art bzw. Form der von der Videokamera aufgenommenen Gegenstände sowie deren Lage im Raum bestimmt.

Die Informationsübergabe an den Relationsrechner 2 erfolgt sinnvollerweise in einem genormten, für weitere, taktile und auditive Daten ermittelnde Perzeptionsrechner geeigneten Übergabeprotokoll. Die Auswertung der Videosignale erfolgt kontinuierlich. Werden im Rahmen der Bildanalyse Werte festgestellt, die weit über dem üblichen Arbeitsbereich liegen, z. B. sich extrem schnell ändern, so kann der Perzeptionsrechner 6 direkt in den Befehlsrechner 4 eingreifen, um z. B. die gerade ausgeführte Handlung, etwa ein Vorrücken des Roboters zu unterbrechen und gegebenenfalls einen Notbefehl, etwa Zurückziehen, an den Befehlsrechner zu geben. Derartige Notsituationen und der damit verkoppelte, in der Regel fest vorgegebene Eingriff in den Befehlsrechner 4 werden weiter unten erläutert.

Derartige Perzeptionsrechner zur Bearbeitung von Sensorsignalen und zur Bildanalyse können in herkömmlicher Technologie aufgebaut werden.

Der in Fig. 7 schematisch dargestellte Relationsrechner 2 erhält als Eingabedaten von der Sensorik 1 die aufbereiteten Umweltdaten, vom Handlungsintentionsrechner 3 eine Programmfolge für die geplanten auszuführenden Handlungen und vom Befehlsrechner 4 die dessen jeweiligen Zustand kennzeichnenden Zustandssignale. Jedem Eingangssignal wird über eine vorher festgesetzte Wichtungstabelle ein entsprechender Wert zugerodnet. Anhand dieser gewichteten Daten wird in einem Rechner 15 die günstigste, durch eine Programmfolge bestimmte Handlungsabfolge bestimmt, die am ehesten geeignet ist, die programmierte Handlungsintention unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen zu erfüllen. Die Wichtung kann gegebenenfalls mehrfach erfolgen, so daß sich zwischen dem Rechner 15 und der Wichtungstabelle eine Schleife bildet, falls bei der ersten Wichtung noch keine bevorzugte Programmfolge ermittelt werden konnte. Liegt am Ausgang des Rechners ein eindeutiges Ergebnis vor, so wird dieses in einen Auswahlspeicher 16 übernommen, von dem die errechnete Programmfolge an den Befehlsrechner 4 weitergegeben wird.

Der in Fig. 8 dargestellte Handlungsintentionsrechner 3 weist eine Eingabekonsole 21 mit einem internen Speicher auf, in die vor Inbetriebnahme des Gesamtsystemes die Handlungsabläufe sequentiell eingegeben und gespeichert werden. Diese vorprogrammierten Handlungsabläufe sind nach Art, Dauer und Intensität bestimmt und werden im anschließenden Rechner 22 sequentiell abgearbeitet. Die auf die Eingabekonsole 21 eingegebenen und gespeicherten Befehle werden aus einer Programmtabelle eingegeben, und durch den Rechner 22 in eine für den Befehlsrechner 4 geeignete Form gebracht, die sich, wie weiter unten erläutert wird, aus einer Hamilton-Kreisfolge zusammensetzt.

Dieses eingegebene Programm bestimmt den beabsichtigten Handlungsablauf für das Gesamtsystem, wobei dieser Handlungsablauf mittels einer Zeitsteuerung 23 überwacht und beeinflußt wird. Mit dieser Zeitsteuerung wird vorgegeben, wann entsprechend dem angegebenen Programm auf die nächste Handlungsintention umgeschaltet werden muß, die dann wiederum sequentiell vom Rechner 22 bearbeitet wird. Das Ende einer Handlungsintention wird von der Zeitsteuerung 23 in den Rechner auf zwei verschiedene Wege eingegeben. Zum einen wird die Gesamtzeit der Handlungsintention vorgegeben, so daß nach Ablauf dieser vorgegebenen Zeit auf die nächste Handlungsintention umgeschaltet wird. Zusätzlich erhält die Zeitsteuerung von dem Exekutivrechner 5 noch ein Zeitsteuersignal, mit dem gemeldet wird, daß eine Handlungsintention ausgeführt worden ist. Über diese Rückführung erfolgt in der Zeitsteuerung 23 ein Soll-Ist-Vergleich, aus dem wiederum ein Kriterium für das Weiterschalten des Rechners 22 abgeleitet wird. Diese Zeitsteuerung ist beim Wechsel auf eine neue Programmfolge wichtig.

Mit dem Handlungsintentionsrechner 3 wird für das System eine Basishandlungsmodalität eingegeben, die jeweils durch einen Hamilton-Kreis dargestellt wird. Ähnlich wie bei dem Relationsrechner 2 wird eine Wichtung zwischen der vorprogrammierten Handlungsintention und der über die Zeitsteuerung 23 in den Rechner 22 eingegebenen periodisch gesteuerten Handlungsintentionen vorgenommen. Aus diesem Wichtungsprozeß wird das jeweilig elementare Handlungsprogramm berechnet. Die Ausgangsdaten dieses Rechners werden dem Relationsrechner 2 zugeführt und dort wie oben beschrieben gewichtet und weiterverarbeitet.

Die Zentraleinheit des Gesamtsystemes ist der eigentliche Befehlsrechner 4, der von den Eingaberechnern 1, 2 und 3 angesteuert wird. Die Daten der Eingaberechner werden dabei so aufbereitet, daß sie an die Funktion des Befehlsrechners 4 angepaßt sind. Dieser Befehlsrechner 4 ist in Art eines Permutographen aufgebaut und legt die jeweilige Handlungsmodalität des Gesamtsytemes fest.

Zur Erläuterung der Funktion und des Aufbaues sei zunächst auf die Fig. 9 Bezug genommen. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß der Befehlsrechner nach Art eines zweidimensionalen vierwertigen Permutographen mit 24 Speichermodulen bis aufgebaut ist. Mit einem derartigen Befehlsrechner mit 24 Speichermodulen können vier Programme permutatorisch angelegt werden, die jeweils auf eine Handlungsmodalität bezogen sind. Es sei darauf hingewiesen, daß bei einem realistischen System, z. B. zur Verwirklichung eines Roboters, wesentlich mehr Programme bzw. Handlungsmodalitäten vorgesehen sein müssen, so daß der Befehlsrechner entsprechend eines mehrwertigen dreidimensionalen Permutographen erweitert werden muß.

Wie in der obigen Tabelle angegeben, existieren in einem zweidimensionalen vierwertigen Permutographen aus 24 Speichermodulen 44 geschlossene Hamilton-Kreise, die jeweils durch eine bestimmte Negationsfolge definiert werden können. Aus diesen 44 Hamilton-Kreisen werden vier Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4 ausgewählt, die in der Fig. 9 dargestellt sind. Die Schaltverbindungen zwischen den einzelnen Speichermodulen sind fett eingezeichnet. Werden sämtliche Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4 jeweils vom Speichermodul 1 beginnend durchlaufen, so ergeben sich folgende Negationsfolgen:

HK 1: 1-2-3-2-3-2-1-2-1-2-3-2-3-2-1-2-1-2-3-2-3-2-1-2
HK 2: 3-1-2-3-2-1-2-1-2-3-2-1-3-1-2-1-2-1-3-1-2-1-2-1
HK 3: 1-2-3-1-3-2-3-2-3-1-3-2-3-2-3-1-3-2-1-2-3-2-3-2
HK 4: 1-3-1-2-3-1-3-2-1-3-1-2-3-1-3-2-1-3-1-2-3-1-3-2

Diesen Hamilton-Kreisen HK 1 bis HK 4 werden jeweils spezifische Handlungsmodalitäten zugeordnet. Die Handlungsmodalität für den Hamilton-Kreis HK 1 sei z. B. "Orientieren" bzw. als Befehl für die visuellen Sensoren ausgedrückt: "Schau!".

Die Handlungsmodalität für den Hamilton-Kreis HK 2 sei eine Vorwärtsbewegung, bzw. als Befehl "Vorwärts!".

Die Handlungsmodalität für den Hamilton-Kreis HK 3 sei "Stehenbleiben", bzw. als Befehl "Halt!".

Die Handlungmodalität für den Hamilton-Kreis HK 4 sei eine Rückwärtsbewegung bzw. als Befehl "Rückwärts!".

In jedem der Speichermodule bis ist nun eine Permutation der diesen Handlungsmodalitäten zugeordneten Programme angelegt, wie dies oben in der lexikographischen Aufstellung für vier Programme gezeigt wurde. Diese Programme sind entsprechend den Hamilton-Kreisen demnach:

Programm 1 ein Orientierungsprogramm,
Programm 2 ein Annäherungsprogramm,
Programm 3 ein Halteprogramm und
Programm 4 ein Rückzugsprogramm.

Diese vier Programme werden realisiert, indem der jeweils zugehörige Hamilton-Kreis entsprechend den Ausgangsdaten der Eingaberechner 1, 2 und 3 aktiviert wird. Diese vier Programme sind ebenfalls im Handlungsintentionsrechner in einer bestimmten Abfolge nach Vorgabe der Handlungsintentionsfolge abgespeichert, ebenso kann in dem Relationsrechner aufgrund von Umweltinformationen eine Programmfolge bereitgestellt werden.

Es sei angenommen, daß für dieses sehr einfache Gesamtsystem im Handlungsintentionsrechner 3 zunächst der Handlungsablauf 1-2-3-4 in einer bestimmten Zeit programmiert ist, demnach in Befehlen ausgdrückt der Handlungsablauf: "Schau!", "Gehe Vorwärts!", "Halt!", "Gehe Zurück!". Da diese Programmabfolge durch das Speichermodul festgelegt ist, werden die zugeordneten Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4 sequentiell ebenfalls von diesem Speichermodul angesteuert und sequentiell durchlaufen. Dieser Durchlauf wird von der Zeitsteuerung 23 überwacht. Dies erfolgt jedoch nur dann, wenn auch der Relationsrechner 2 aus den Umweltinformationen, bei diesem einfachen Modell aus den aufgearbeiteten Informationen der binokulären Videokamera 7, die Programmfolge 1-2-3-4 errechnet hat bzw. entsprechend der Wichtigung im Relationscomputer kein sonstiges vordringliches Programm bereitstellt. Da während des sequentiellen Durchlaufens der Hamilton-Kreise, von der Sensorik 1 und dem Relationsrechner 2 ständig neue Informationen geliefert werden, die mit den Handlungsintentionen verglichen werden, bedeutet der genannte Fall:

Es lassen sich die geplanten Bewegungsabläufe ausführen (Programm 1) - Der Weg zur Erreichung des Bewegungszieles ist frei (Programm 2) - Das Bewegungsziel ist erreicht, es geht nicht mehr weiter (Programm 3) - Es kann zum Ausgangspunkt zurückgegangen werden (Programm 4).

Es sei nun angenommen, daß über die Sensorik 1 festgestellt wird, daß während des Ablaufes des Handlungsintentionsprogrammes ein Hindernis festgestellt wird. Hieraus berechnet der Relationsrechner 2 z. B. die Programmfolge 3-4-1-2, d. h.:

Ein Gegenstand steht im Weg (Programm 3) - Es muß zurückgegangen werden (Programm 4) - Schau nach einem neuen Weg (Programm 1) - Gehen nach Vorwärts (Programm 2).

Wird diese neue Programmfolge nach der Wichtung im Relationsrechner 2 als vordringlich gekennzeichnet, d. h. daß die beabsichtigte Programmfolge entsprechend der Handlungsintention umweltbedingt im Moment nicht ausgeführt werden kann, so unterbricht der Relationsrechner 2 den Befehlsablauf im Befehlsrechner 4 und schaltet diesen auf die neue Programmfolge um. Wie aus der lexikographischen Aufstellung und auch aus Fig. 9 hervorgeht, ist diese neue Programmfolge 3-4-1-2 ("Halt!"-"Rückwärts!"-"Schau!"- "Vorwärts!") dem Speichermodul 17 zugeordnet. Der Relationsrechner 2 steuert in diesem Falle das Speichermodul 17 an, das den Befehlsrechner 4 zunächst auf den neuen Hamilton-Kreis HK 3 schaltet.

Dementsprechend kann jedes Speichermodul als Träger der passenden Umweltinformation eine Handlungsfolge in Gang setzen und zwar auf zweifache Weise:

• a) entweder ist dem Speichermodul bereits die vom Handlungsintentionsrechner vorgegebene Handlungsfolge zugeordnet oder
  b) das Speichermodul zwingt den Befehlsrechner zu einer Änderung der Handlungsmodalitätenfolge entsprechend der dem Speichermodul zugeordneten Programmfolge.

Der Befehlsrechner kann aus separaten Speichermodulen aufgebaut sein; ein solches Speichermodul M-i ist in Fig. 10 schematisch dargestellt, wobei i die jeweilige Nummer des Speichermodules bezeichnet. Ist das Speichermodul M-i selbst nicht aktiviert, bestimmt es also nicht die Abfolge der Handlungsmodalitäten, so hat das Speichermodul M-i lediglich die Funktion eines Schalters, damit der jeweils aktivierte Hamilton-Kreis geschlossen werden kann. Das Speichermodul M-i weist hierzu einen adressierbaren Negationsspeicher 31 auf. In diesem Negationsspeicher 31 sind für jeden möglichen Hamilton-Kreis, in den das Speichermodul M-i eingeschaltet werden kann, die Negationswerte sowie die Nummer des in dem jeweils aktivierten Hamilton- Kreis nachfolgenden Speichermodules gespeichert. Der Negationsspeicher wird über eine rechnerinterne Adreßleitung 32 und eine Steuerleitung 33 angesteuert. Die Adreßleitung 32 ist mit allen Speichermodulen M verbunden, die beim Durchlauf sämtlicher möglicher Hamilton-Kreise vor diesem Speichermodul M-i liegen. Über die Steuerleitung 33 wird dem Negationsspeicher 31 entweder rechnerintern oder von den Eingaberechnern mitgeteilt, welcher Hamilton-Kreis gerade aktiviert ist. Durch diese Eingabedaten über die Steuerleitungen 32 und 33 sind auch die Ausgangsdaten des Negationsspeichers festgelegt. Je nach der Nummer des gerade aktivierten Hamilton-Kreises ist die Adresse des in diesem Hamilton-Kreis nachfolgenden Speichermodules festgelegt. Diese Adresse wird über eine Adreßausgangsleitung 34 einem Schaltteil 35 des Speichermodules mitgeteilt. Ebenso ist auch der Negationswert festgelegt, der die Permutation der Programmfolge dieses Speichermodules in die Permutationsfolge des nachfolgenden Speichermodules umsetzt. Dieser Negationswert, der für den Fall des geschilderten zweidimensionalen vierwertigen Befehlsrechner die Werte 1, 2 oder 3 annehmen kann, wird auf eine Befehlsausgangsleitung 36 übertragen und in ein Ausgangsregister 37 (s. Fig. 13) eingeschrieben. Das Schaltteil 35 des Speichermodules M-i schaltet entsprechend den Daten auf der Adreßausgangsleitung 34 das in diesem Hamilton-Kreis jeweils nachfolgende Speichermodul M ein. Die Ausgangsleitungen dieses Schaltteiles 35 sind entsprechend den zugeordneten Negationswerten mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Diese Ausgangsleitungen entsprechen demnach den rechnerinternen Adreßleitungen, was in Fig. 10 durch (32) verdeutlich ist.

Neben dieser einfachen Schaltfunktion kann das Speichermodul M-i von den Eingaberechnern 1, 2, 3 so angesteuert werden, daß dieses Speichermodul die jeweilige Handlungsmodalität und die Handlungsabfolge bestimmt. Das Speichermodul M-i weist hierzu einen Programmspeicher 38 auf, in dem eine Permutation der vorgegebenen, in diesem Falle vier Programme abgespeichert ist. Wenn demnach diese Programmfolge von den Eingaberechnern als auszuführende Programmfolge bestimmt ist, wird dieses Speichermodul angesteuert. Dies erfolgt über adreßabhängige Aktivierungsleitungen 39 und Steuerleitungen 40, die die Nummer des ausgewählten Hamilton-Kreises angeben. Die Aktivierungsleitungen 39 und die Steuerleitungen 40 sind mit den Adreßleitungen 32 und den Steuerleitungen 33 logisch verknüpft, so daß bei einer Aktivierung des Speichermodules als handlungsbestimmendes Speichermodul die durch den Negationsspeicher 31 definierten Schaltfunktionen ausgeführt werden. Die Funktion des Speichermodules M-i wird durch eine Modulsteuerung 41 bestimmt, in der definiert wird, ob das Speichermodul handlungsbestimmend ist und gegebenenfalls den Befehlsrechner auf einen neuen Hamilton-Kreis umschaltet. Die Nummer des jeweils zutreffenden Hamilton-Kreises wird über eine Zustandsleitung 42 ausgegeben, den steuernden Eingaberechnern rückgemeldet und zur Steuerung der nachfolgenden Hamilton-Kreisdurchläufe rechnerintern verwendet.

Die Möglichkeit, eines der Speichermodule M zu aktivieren, wird ferner durch einen Entscheidungsmechanismus bestimmt, der prioritätsabhängig ist. Diese Priorität legt fest, welches der über die Aktivierungsleitungen 39 ankommenden Aktivierungssignale die Funktion des jeweiligen Speichermodules bestimmt. Je dringlicher eine auszuführende Handlung ist, desto höher wird auch der Prioritätswert für das Speichermodul festgelegt. Für den dargestellten Befehlsrechner ist folgende Reihung der Prioritäten vorgesehen:

• a) Aktivierung des Speichermodules durch Änderung der Handlungsintention im Handlungsintentionsrechner (niedrigste Priorität);
  b) Aktivierung des Speichermodules durch eine geänderte, im Relationsrechner berechnete Umweltsituation (mittlere Priorität) und
  c) direkte Aktivierung eines Speichermodules aufgrund einer Not- bzw. Extremsituationsmeldung durch einen Perzeptionsrechner (höchste Priorität).

In dem geschilderten Fall können diese Prioritäten z. B. die Werte 1, 2 und 3 sein. Wird ein Speichermodul M aktiviert, so wird bei der Aktivierung zugleich der jeweilige Prioritätswert in einen Prioritätsspeicher 43 eingeschrieben. Dieser Prioritätswert wird während des sequentiellen Durchlaufes durch den jeweiligen Hamilton- Kreis auch den übrigen Speichermodulen mitgeteilt. Wird jetzt ein Speichermodul mit einem höheren Prioritätswert aktiviert - z. B. bei einem Übergang der Aktivierung vom Handlungsintentionsrechner auf den Relationsrechner-, so wird jenes Modul, das mit niedrigerer Priorität aktiviert wurde, igoniert. In diesem Falle wird entsprechend dem prioritätshöheren Speichermodul auf einen anderen Hamilton-Kreis umgeschaltet. Auf den vorher aktivierten Basis-Hamilton-Kreis wird nur zurückgeschaltet, wenn kein höherer Prioritätswert an den Speichermodulen anliegt.

Bei einem derart aus adressierbaren separaten Festspeichern bzw. Speichermodulen M zusammengesetzten Befehlsrechner wird die Entscheidung für eine jeweilige Handlungsmodalität innerhalb des Befehlsrechners aufgrund der Eingabedaten des Perzeptionsrechners, des Relationsrechners und des Handlungsintentionsrechners vorgenommen. Voraussetzung für die Funktion des Gesamtsystemes ist lediglich, daß von dem Handlungsintentionsrechner ein bestimmtes Speichermodul ausgewählt wird, das der vorprogrammierten Handlungsintention entspricht. Diese Handlungsintention wird dann entsprechend der Umweltinformationen gegebenenfalls modifiziert, ohne daß dabei die vorgegebene Handlungsintention aus den Augen verloren wird.

Anhand der Fig. 11 bis 13 wird ein Befehlsrechner 4 beschrieben, der wiederum lediglich für vier Handlungsmodalitäten, d. h. für vier Hamilton-Kreise mit den entsprechenden Programmen ausgelegt ist. Dieser Befehlsrechner 4 ist nicht mehr aus separaten Speichermodulen entsprechend Fig. 10 aufgebaut. Vielmehr ist für jeden Hamilton-Kreis, in diesem Falle die Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4, ein fest vorprogrammierter, adressierbarer Nur-Lese-Speicher ROM 1 bis ROM 4 vorgesehen. Die Speicherplätze der einzelnen ROM's werden durch eine Adresse in Verbindung mit einem Freigabesignal abgefragt, wobei die vorprogrammierte Information bezüglich der angewählten Adressen an den Ausgängen des Speichers auftreten.

In Fig. 11 ist eine Programmiertafel für den Speicherbaustein ROM 1 für den Hamilton-Kreis HK 1 gezeigt. Wird dieser Speicherbaustein an seinen 24 Adressen angesteuert, so erscheinen als Ausgang einmal die Reihenfolge der in diesem Hamilton-Kreis HK 1 sequentiell durchlaufenen Speichermodule, ferner die jeweils bevorzugte Handlungsintention entsprechend der ersten Nummer der Programme bei der Permutationsfolge sowie der nachfolgende Negationswert. Diese Tabelle kann selbstverständlich erweitert werden, so daß auch die oben erwähnten Prioritätswerte, weitere Handlungsintentionen des Modules entsprechend der permutierten Programmfolge usw. dargestellt werden. Bei der Ansteuerung dieses Festwertspeichers ist dieser ständig freigegeben, anderenfalls gesperrt.

In Fig. 12 ist die Realisierung des Festwertspeichers in Matrixform dargestellt, d. h. durch ein Gitter zwischen den Adreßleitungen 1 bis 24 und den Ausgangsleitungen. Mit kleinen Kreisen an den Schnittpunkten wird dargestellt, daß die dort befindliche Speicherstelle auf "EIN" programmiert ist; ist kein derartiger Kreis vorhanden, so ist die dort befindliche Speicherstelle auf "AUS" programmiert. Um Stellen zu sparen, sind die Nummern 1 bis 4 der Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4 als 0 bis 3 programmiert. Auch dieser Matrixspeicher kann entsprechend der Programmtabelle in Fig. 11 erweitert werden.

Es ist ersichtlich, daß beim sequentiellen Ansteuern der Adressen 1 bis 24 am Ausgang des Festwertspeichers ROM 1 nacheinander jeweils die Nummer des aktuellen Speichermodules, dessen bevorzugter Hamilton-Kreis und der zugehörige Negationswert entsprechend einem Durchlauf durch den Hamilton-Kreis HK 1 erscheinen. Zur Erläuterung ist für die Adresse 18 ein Beispiel gegeben. Die Adresse 18 entspricht demnach dem Speichermodul Nr. 11 mit dem bevorzugten Hamilton-Kreis 2 und dem nachfolgenden Negationswert 2.

In Fig. 13 ist ein Blockschaltdiagramm für einen einschichtigen Befehlsrechner 4 mit vier derartigen Festwertspeichern ROM 1 bis ROM 4 für die vier Hamilton-Kreise HK 1 bis HK 4 angegeben. Ein interner Taktgeber 51 steuert einen 5-Bit- Adreßzähler 52, der mit den Adreßeingängen der einzelnen Festwertspeicher und ferner mit einem Adreßdecoder 54 verbunden ist. Über drei ausgangsseitige Datenbusse 55, 56 und 57 werden entsprechend der obigen Speicheraufteilung jeweils die Nummer des gerade aktuellen Speichermodules, dessen bevorzugte Hamilton-Kreisnummer und der zugehörige Negationswert abgegeben. Der Datenbus 55 ist mit einem Komparator 58 verbunden, der die Nummer des gerade aktuellen Speichermodules mit derjenigen des Speichermodules vergleicht, das von den Eingaberechnern als bevorzugtes Speichermodul ausgewählt worden ist. Diese Auswahl erfolgt über eine Prioritätsauswahllogik 59, die dem Komparator 58 jeweils nur die Nummer des Speichermodules vorgibt, das die höchste Priorität hat. Entspricht das z. B. durch den Relationsrechner 2 ausgewählte Speichermodul dem gerade aktuellen Speichermodul, so wird ein Impuls im Komperator 58 generiert. Dieser Impuls ist für die Übernahme der durch das jeweilige aktuelle Speichermodul vorgegebenen Information bezüglich der Auswahl eines anderen Hamilton-Kreises verantwortlich. Mit dem Ausgang des Komparators 58 ist ein dynamisches Register 60 verbunden, dem über den Datenbus 56 von den Festwertspeichern die Hamilton-Kreisnummern des jeweilig aktuellen Speichermoduls mitgeteilt wird. Das dynamische Register 60 übernimmt bei einer ansteigenden Impulsflanke des Generatorausgangssignales, d. h. dann, wenn das gerade aktuelle Speichermodul mit dem von den Eingaberechnern über die Prioritätsauswahllogik 59 bevorzugten Speichermodul übereinstimmt, die Nummer des von diesem Speichermodul vorgegebenen Hamilton-Kreises. Mit dem Ausgang des dynamischen Registers 60 ist ein dynamisches Freigaberegister 61 verbunden, dem ein Vier aus Zwei-Decoder 62 nachgeschaltet ist. Der Steuereingang des dynamischen Freigaberegisters 61 ist mit dem Ausgang des Adreßdecoders 54 verbunden, so daß sichergestellt wird, daß erst nach dem vollständigen Durchlauf eines Hamilton-Kreises auf einen anderen Hamilton-Kreis umgeschaltet werden kann. Die vier Ausgangsleitungen des Vier aus Zwei-Decoders 62 sind jeweils mit den Freigabeeingängen der vier Festwertspeicher ROM 1 bis ROM 4 verbunden, wobei der Vier aus Zwei-Decoder 62 immer nur einen einzigen Festwertspeicher freigeben kann.

Der Datenbus 57, an dem die Folge der Negationswerte anliegt, ist mit dem Eingang eines 24-stelligen Schieberegisters 37 verbunden, dessen Schiebetakt von dem Taktgeber 51 bestimmt wird. Beim sequentiellen Durchlaufen des jeweils angesteuerten Hamilton-Kreises werden die Einzelinformationen, d. h. die den jeweiligen Hamilton- Kreis bestimmende Folge von Negationswerten im Schieberegister 37 adreßabhängig gesammelt, bis der gesamte Hamilton-Kreis vom Beginn bis zum Ende einmal durchlaufen ist. Die Ausgangsinformation des Schieberegisters 37 wird dann nach Beendigung des Durchlaufes von einem weiteren dynamischen Register 63 übernommen. Diese Übernahme wird durch den Adreßdecoder 54 eingeleitet, der einen Übernahmeimpuls an das dynamische Register 63 abgibt, sobald der Hamilton-Kreis durchlaufen ist. Dieser Freigabeimpuls wird auch dem Steuereingang des dynamischen Freigaberegisters 61 zugeführt.

Die Ausgangsinformation des dynamischen Registers 63 wird anschließend dem Executivrechner 5 zugeführt und dort in Stellsignale für die einzelnen Stellmotoren des Gesamtsystemes umgewandelt.

Es sei z. B angenommen, daß innerhalb der oben angegebenen vorprogrammierten Programmfolge 1-2-3-4 das Speichermodul 1 innerhalb des Hamilton-Kreises 1 angewählt ist, da dieses Speichermodul ebenfalls die vorprogrammierte Handlungsfolge beinhaltet. Die Nummer dieses Speichermodules liegt dann an dem einen Eingang des Komparators 58 an. In diesem Fall ist lediglich der Festwertspeicher ROM 1 freigegeben, so daß die Negationsfolge dieses Hamilton-Kreises 1 sukzessive in das Schieberegister 37 eingeschrieben wird. Es sei nun angenommen, daß aufgrund einer Umweltinformation festgestellt wird, daß das vorgegebene Programm nicht ausgeführt werden kann, vielmehr die Programmfolge 3-4-1-2 ("Rückzug", "Halt", "Observieren", "Vorwärts") ausgeführt werden muß. Dieses Programm ist dem Speichermodul zugeordnet. Dementsprechend wird die Nummer dieses Speichermoduls über die Prioritätsauswahllogik dem einen Eingang des Komparators 58 zugeführt. Erscheint nun beim Durchlauf des gerade aktivierten Hamilton-Kreises HK 1 die Nummer dieses Speichermodules an dem zweiten Eingang des Komparators, so gibt dieser einen Übernahmeimpuls an das dynamische Register 60 ab. Diesem dynamischen Register wird gleichzeitig die Nummer des bevorzugten Hamilton-Kreises des neu angewählten Speichermodules, in diesem Falle die Hamilton-Kreisnummer 3 mitgeteilt und vom dynamischen Freigaberegister 61 übernommen. Sobald der gerade aktivierte Hamilton-Kreis HK 1 vollständig durchlaufen ist, wird durch einen Ansteuerimpuls von dem Adreßdecoder 54 das dynamische Freigaberegister 61 freigegeben. Durch den Vier-aus-Zwei-Decoder 62 wird jetzt der Festwertspeicher ROM 3 freigegeben, so daß auf den neuen Hamilton-Kreis 3 umgeschaltet wird. Dieser Hamilton-Kreis bleibt so lange aktiviert, bis dem Komparator 58 von den Eingaberechnern eine neue Modulnummer mitgeteilt wird.

Die Reaktionsgeschwindigkeit des Befehlsrechners kann anhand der maximalen, für die Schaltung noch verarbeitbaren Taktfrequenz und der Anzahl der Speichermodule berechnet werden. Bei dem beschriebenen einfachen Befehlsrechner kann als maximale Taktfrequenz 100 MHZ angenommen werden, so daß bei 24 Speichermodulen die Zeit für den Durchlauf eines Hamilton-Kreises 240 nsec beträgt.

Wie oben erwähnt, muß der Befehlsrechner bei Verwendung von mehreren "Sinnesorganen", z. B. den drei oben erwähnten Sensorgruppen S-v, S-t und S-a somatotopisch geschichtet sein. Dies kann auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 erfolgen, indem einfach drei derartige Befehlsrechner aufgebaut werden, die absolut synchron betätigt werden. Es wird dann jeweils derjenige Befehlsrechner aktiviert, bei dem das ausgewählte Speichermodul die höchste Priorität hat. Dieses ist schematisch in Fig. 14 dargestellt, und zwar für drei gleichnamige Speichermodule M-22-1, M-22-2 und M-22-3. Das Speichermodul M-22-1 ist einem "visuellen" Befehlsrechner 4-1, das Modul M-22-2 einem "taktilen" Befehlsrechner 4-2 und das Modul M-22-3 einem "auditiven" Befehlsrechner 4-3 zugehörig. Die drei Speichermodule sind durch bidirektionale Datenleitungen 71, 72 und 73 verbunden, an denen jeweils die Prioritätswerte der einzelnen Speichermodule anliegen. Wie oben erwähnt, kann z. B. dieser Prioritätswert ebenfalls in dem Festspeicher für einen Hamilton-Kreis vorgegeben sein und am Ausgang des jeweiligen ROM's anliegen. Die Prioritätswerte werden innerhalb der einzelnen Speichermodule miteinander verglichen. So vergleicht z. B. das vom Relationsrechner bevorzugt aktivierte Speichermodul seinen Prioritätswert mit den über die Datenleitungen 71, 72, 73 zugeführten Prioritätswerten der gleichnamigen Module. Ist der Prioritätswert eines der gleichnamigen Module, z. B. des Modules M-22-2 höher als die des zuletzt eingeschalteten Speichermodules, z. B. des Speichermodules M-22-1, so wird von dem höherwertigen Speichermodul über eine Umschaltleitung 74 ein Impuls zur Umschaltaufforderung gegeben. Durch diesen Umschaltimpuls werden alle Speichermodule, mit Ausnahme des Speichermodules, das diesen Impuls sendet, auf Datenempfang geschaltet und erhalten die Information über den Prioritätswert des neu aktivierten Speichermodules. Wie oben erwähnt, sind die Prioritätswerte für die einzelnen Befehlsrechner fest vorgegeben und haben für den Befehlsrechner 4-1 für das Modul M-22-1 den Wert 2, für den Befehlsrechner 4-2 für das Modul M-22-2 des Prioritätswert 3 und für den Befehlsrechner 3 für das Modul M-22-3 den Prioritätswert 1. Für den in Fig. 14 dargestellten Fall sendet z. B. das Speichermodul M-22-1 an die beiden anderen Speichermodule den Prioritätswert 2. Werden von dem zentralen Adreßzähler - entsprechend dem Adreßzähler 51 in Fig. 13 - sämtliche Module M-22 angesprochen und ist neben dem Speichermodul M-22-1 weiterhin ein gleichnamiges Modul, z. B. das Modul M-22-2 vom entsprechenden Relationsrechner aktiviert, so wird der anliegende Prioritätswert 2 mit dem internen Prioritätswert 3 des Modules M-22-2 verglichen. Da dessen Prioritätswert 3 größer als der Prioritätswert 2 ist, so wird vom Speichermodul M-22-2 ein Umschaltimpuls gegeben. Der von dem Speichermodul M-22-1 gesendete Prioritätswert 2 wird ungültig und das Speichermodul M-22-1 erhält nun den Prioritätswert 3 vom Speichermodul M-22-2. Das Speichermodul M-22-2 schaltet seinen zugehörigen Befehlsrechner 4-2 ein. Wird die Aktivierung des Speichermodules M-22-2 wieder aufgehoben, so wird erneut ein Umschaltimpuls gesendet. Da das Modul M-22-1 weiterhin aktiviert ist, sendet es jetzt seinen Prioritätswert 2 an die anderen Speichermodule, wodurch der Befehlsrechner 4-1 aktiviert wird. Durch eine derartige Bearbeitung der Prioritätswerte gelangt immer nur eine Ausgangsinformation, entsprechend der Negationsfolge eines einzigen eingeschalteten Befehlsrechners an den Exekutivrechner.

Wie oben bereits erwähnt, besteht die Möglichkeit, daß die Sensorik 1 über die Perzeptionsrechner 6 direkt in den Befehlsrechner 4 eingreift, wenn eine Extrem- bzw. Notsituation vorliegt. Für einen derartigen Eingriff ist höchste Priorität vorgesehen. Diese Notsituation wird vom betreffenden Perzeptionsrechner 6 unter Ausschaltung des entsprechenden Relationsrechners direkt zu demjenigen Speichermodul innerhalb des Befehlsrechners gesendet, mit dem die Notsituation bereinigt werden kann. Bei dem hier behandelten Fall einfacher Befehlsrechner nach Art eines zweidimensionalen vierwertigen Permutographen ist aus der lexikographischen Ordnung der Permutationsfolgen ersichtlich, daß jeweils die erste Ziffer entsprechend einem Programm jeweils sechsmal konstant bleibt. Kann die Notsitution z. B. dadurch bereingt werden, daß das Programm 2, d. h. "Vorwärts!" ausgeführt wird, so können hierfür sechs Speichermodule angesteuert werden. Zu diesen Speichermodulen sind von den jeweiligen Perzeptionsrechnern 10 der Sensorik 1 direkte Leitungen über die Prioritätsauswahllogik vorhanden. Zur Bereinigung ist nur der erste Wert in der einer Handlungsmodalität entsprechenden Permutationsfolge entscheidend. Somit ist in jedem Befehlsrechner für jede Handlungsmodalität im "Notfall" eine fünffache moduläre Redundanz gegeben, was zur Selbsterhaltung des Gesamtsystemes von größter Wichtigkeit ist. Im Notfall wird dann dasjenige Speichermodul angesteuert, das beim Durchlauf des jeweiligen Hamilton-Kreises als erstes angesteuert wird. Diese Ansteuerung erfolgt automatisch durch den obigen Vergleich im Komparator 58. Sobald die Notsituation bereinigt ist, wird das bislang unterbrochene Programm entsprechend der Vorgabe aus den Relations- und Handlungsintentionsrechnern wieder aufgenommen. Der wesentliche Unterschied für die Datenübertragung zwischen den sonstigen Eingaberechnern und den Perzeptionsrechnern besteht darin, daß erstere prinzipiell eine gewichtete Information für alle, in diesem Falle vier Handlungsmodalitäten einem entsprechenden Speichermodul formal ein-eindeutig liefern, während von den Perzeptionsrechnern alle sechs Speichermodule mit dem der Notfallinformation entsprechenden Anfangswert informiert werden können. Ausgewählt wird dann das jeweils beim Durchlauf des Hamilton-Kreises als nächstes angesteuerte Speichermodul.

Ein Gesamtsystem mit einem Befehlsrechner gemäß der Erfindung verfügt über folgende typische Redundanzen:

• 1. Moduläre Redundanz innerhalb eines als Permutographen aufgebauten Befehlsrechners,
  2. Moduläre Redundanz zwischen den einzelnen Befehlsrechnern und
  3. Moduläre Redundanz zur Handlungsentscheidung bei einer Direktinformation entsprechend einer Notsituation durch den entsprechenden Perzeptionsrechner.

Daher ist der Befehlsrechner weder bei modulären Funktionsausfällen innerhalb des Permutographen noch bei Funktionsausfällen eines oder mehrerer Permutographensysteme operationsunfähig.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Stimulation der Formatio reticularis mit einer Rechenanlage, die als Zentraleinheit eine der Formatio reticularis entsprechende Befehlserzeugungseinheit (Befehlsrechner) aufweist, die mit Eingaberechnern verbunden ist, insbesondere mit einem Perzeptionsrechner zur Umsetzung von durch Sensoren aufgenommenen Umweltsignalen in Umweltdaten, mit einem Relationsrechner zur Verarbeitung der von dem Perzeptionsrechner gelieferten Daten und mit einem Handlungsintensionsrechner, der dem Befehlsrechner Daten für auszuführende Handlungsintensionen vorgibt, aus denen der Befehlsrechner eine Handlungsmodalität bestimmt und diese gegebenenfalls anhand der Daten der anderen Eingaberechner wechselt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Befehlsrechner (4) nach dem Prinzip eines Permutographen aufgebaut ist, dessen Elemente () permutierte Ablauffolgen (Handlungsintentionen; 1-2-3-4; 1-2-4-3; . . .; 4-3-2-1) von Programmen (Handlungsmodalitäten; 1, 2, 3, 4) sind, wobei sukzessive von einem Element zum anderen Element durch Anwendung jeweils eines Permutationsoperators (Negation) gelangt wird und wobei mittels besonderer Permutationsoperatorenfolgen (Hamilton-Kreise; HK 1, HK 2, . . .) alle Elemente genau einmal durchlaufen werden, derart, daß nach Abarbeitung eines Hamilton-Kreises wieder beim Ausgangselement angelangt wird,
daß in dem Befehlsrechner (4) eine der Anzahl der Handlungsmodalitäten entsprechende Anzahl von Hamilton-Kreisen (HK 1; . . .; HK 4) festgelegt ist, wobei jeder Hamilton-Kreis einer bevorzugten Handlungsmodalität zugeordnet ist,
daß in dem Befehlsrechner die Handlungsintentionen (1-2-3-4; 1-2-4-3; . . .; 4-3-2-1) in Speichermodulen (M-i) gespeichert sind, wobei jedes Speichermodul über die bevorzugte Handlungsmodalität seiner gespeicherten Handlungsintention jeweils bevorzugt einem der Hamilton-Kreise (HK 1; . . .; HK 4) zugeordnet ist,
daß in den Speichermodulen auch jeweils der Negation, welche das im jeweiligen Hamilton-Kreis folgende Speichermodul bestimmt, gespeichert ist,
daß die Speichermodule (M-i) sequentiell gesteuert zu geschlossenen Schaltkreisen entsprechend dem jeweiligen Hamilton-Kreis (HK 1; . . .; HK 4) verbindbar sind, wobei die Speichermodule sequentiell die gespeicherte Negation einem Ausgangsregister (37, 63) einschreiben, in dem nach einem vollen Durchlauf eines Hamilton-Kreises die diesem zugeordnete Negationsfolge vorliegt,
daß die Speichermodule (M-i) des Befehlsrechners (4) mit den Eingaberechnern (1, 2, 3) verbunden sind,
daß der Handlungsintentionsrechner (3) für das einer geplanten auszuführenden Handlungsintention bevorzugt zugeordnete Speichermodul einen Hamilton-Kreis errechnet,
daß der Relationsrechner (2) aus den Umweltdaten des Perzeptionsrechners (1, 10) einen - gegebenenfalls anderen - Hamilton-Kreis berechnet und diesen gewichtet mit demjenigen Hamilton-Kreis vergleicht, der vom Handlungsintentionsrechner (3) bereitgestellt ist,
und daß vom Handlungsintentionsrechner (3) bzw. vom Relationsrechner (2) dasjenige Speichermodul (M-i) des Befehlsrechners (4) angesteuert wird, dessen Handlungsintention den aus dem gewichteten Vergleich bestimmten Hamilton-Kreis zumindest teilweise festlegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speichermodul (M-i) einen adressierbaren Negationsspeicher (31) aufweist, in dem für jeden ausgewählten Hamilton-Kreis (HK) der Negationswert für das nachfolgende Speichermodul (M-j) sowie dessen Adresse gespeichert sind,
das jedes Speichermodul (M-i) einen Schaltteil (35) aufweist, das in Abhängigkeit der Ausgangsadresse des Negationsspeichers (31) das in dem ausgewählten Hamilton-Kreis (HK) nachfolgende Speichermodul (M-j) aktiviert,
daß jedes Speichermodul (M-i) einen adressierbaren Programmspeicher (38) aufweist, in dem die diesem Speichermodul (M-i) zugeordnete Handlungsintention (1-2-3-4; 1-2-4-3; . . .) gespeichert ist,
daß der Programmspeicher (38) jedes Speichermoduls (M-i) über Aktivierungsleitungen (39, 40) mit den Eingaberechnern (1, 2, 3) verbunden ist, und
daß mit dem Programmspeicher (38) eine Modulsteuerung (41) verbunden ist, die bei Aktivierung des Programmspeichers (38) den Befehlsrechner in einen Zustand überführt, der durch die in dem Programmspeicher abgespeicherte Handlungsintention definiert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speichermodul (M-i) einen Prioritätsspeicher (43) aufweist, indem für jeden ausgewählten Hamilton-Kreis (HK) ein vorher festgelegter Prioritätswert gespeichert ist, und daß dieser Prioritätsspeicher eingangs- und ausgangsseitig mit Prioritätsspeichern der übrigen Speichermodule (M-j) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingaberechnern (1, 2, 3) und dem Befehlsrechner (4) eine Prioritätsauswahllogik (59) vorgesehen ist, die aus den von den Eingaberechnern (1, 2, 3) vorgeschlagenen und mit einer vorgegebenen Priorität behafteten Handlungsintentionen dasjenige Programm (Handlungsmodalität) auswählt und an den Befehlsrechner (4) weiterleitet, welches die höchste Priorität aufweist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im Befehlsrechner (4) für jeden ausgewählten Hamilton-Kreis (HK 1 bis HK 4) ein durch einen Taktgeber (51) sequentiell adressierbarer Festspeicher (ROM 1 bis ROM 4) in Matrixform vorgesehen ist, der Adreßleitungen (1-24, Fig. 12) und in Gruppen (55, 56, 57) unterteilte Ausgangsleitungen aufweist, wobei bei Ansteuerung der Adressen auf der ersten Gruppe (55) die Nummer des jeweiligen Speichermoduls (M-i), auf der zweiten Gruppe (56) die Nummer des bevorzugten Hamilton-Kreises und auf der dritten Gruppe (57) der zugeordnete Negationswert für den gerade aktivierten Hamilton-Kreis ausgegeben wird,
daß die erste Gruppe (55) mit einem Eingang eines Komparators (58) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einer Prioritätslogik (59) der Eingaberechner (1, 2, 3) verbunden ist, die die Nummer desjenigen Speichermoduls (M) liefert, das von den Eingaberechnern (1, 2, 3) als bevorzugtes Speichermodul ausgewählt ist,
daß der Ausgang des Komparators (58) und die zweite Gruppe (56) mit einer Register-Dekoder-Schaltung (60, 61, 62) verbunden sind, deren Ausgang (E) jeweils mit einem Freigabeeingang eines der Festwertspeicher (ROM 1 bis ROM 4) verbunden ist,
daß die dritte Gruppe (57) mit einem Ausgangsregister (37, 63) verbunden ist, das von einem Adreßdekoder (54) gesteuert nach einem vollständigen Durchlauf eines Hamilton-Kreises die diesem zugeordnete Negationsfolge bereitstellt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsregister (37, 63) ein von einem Taktgeber (51) gesteuertes Schieberegister (37) aufweist, das mit der dritten Gruppe (57) der Ausgangsleitungen verbunden ist, und ferner ein dynamisches Übernahmeregister (63) aufweist, dessen Eingänge mit den Parallelausgängen des Schieberegisters (37) verbunden sind und das von dem Adreßdekoder (54) gesteuert die Daten des Schieberegisters (37) nach vollständigem Durchlauf eines Hamilton-Kreises übernimmt.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Register-Dekoderschaltung (60, 61, 62) einen Freigabeeingang aufweist, der mit dem Adreßdekoder (54) verbunden ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehreren unterschiedlichen Sensoren (S-v, S-t, S-a) mit zugehörigen Perzeptionsrechnern ebenso viele Befehlsrechner (4-1, 4-2, 4-3) vorgesehen sind, die jeweils gleich aufgebaut sind und von einem zentralen Taktgeber (51) synchron angesteuert werden, daß Speichermodulen, die in unterschiedlichen Befehlsrechnern an den gleichen Plätzen gelegen sind (gleichnamige Speichermodule M-22-1, M-22-2, M-22-3), jeweils ein festgelegter Prioritätswert (1, 2, 3) zugeordnet ist, und daß derjenige Befehlsrechner (4-1, 4-2, 4-3) aktiviert wird, dessen angesteuertes Speichermodul (M-22-1, M-22-2, M-22-3) die höchste Priorität aufweist.

9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Handlungsintentionsrechner (3) ein Zeitsteuerung (23) für die zeitliche Abfolge der beabsichtigten Handungsintentionen aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsrechner (4) mit einem Exekutivrechner (5) verbunden ist, der die Befehle des Befehlsrechners (4) in Steuersignale für eine Motorik des Gesamtsystems umsetzt, und daß der Ausgang des Exekutivrechners (5) auf die Zeitsteuerung (23) rückgekoppelt ist.