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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Stimmenverbindungssystem zwischen
Menschen und Tieren gerichtet.
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Wissenschaftliche
Studien und Tests sind in der Vergangenheit in Bezug auf die Möglichkeit durchgeführt worden,
eine Kommunikation zwischen Menschen und Tieren einzurichten. Hierbei
sind Tests durch Positionieren einer Anzahl von Sensoren an dem
Kopf des Tiers, die mit einem Computer verbunden waren und die Emission
von verschiedenen Signalen von dem Gehirn des Tiers als eine Funktion jedes
unterschiedlichen, spezifischen Gedankens/Wunschs des Tiers (Gefühl von Hunger,
Durst, Angst, usw.) erfassten, durchgeführt worden.
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Systeme
sind auch für
eine Kommunikation mit Tieren bekannt, die ermöglichen, dass Klangmuster,
abgegeben durch die Tiere, automatisch identifiziert werden, indem
die entsprechenden Bedeutungen dazu zugeordnet werden.
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In
dieser Hinsicht offenbart, zum Beispiel, die Internationale Patentanmeldung
WO 00/13393 ein System dieser Art, bei dem eine Audioschnittstelle, die
in der Lage ist, Klänge,
abgegeben durch die Tiere, aufzunehmen, eine Speichereinheit, die
vorprogrammierte Klangmuster umfasst, und ein Computer, der die
Schnittstelle für
eine Kommunikation mit einer entfernten Einheit, wenn die Klänge, abgegeben durch
die Tiere, vorbestimmten, vorprogrammierten Mustern entsprechen,
aktiviert, vorgesehen ist. Systeme dieser Art sind für eine Fernkontrolle
von Rindern und zum unmittelbaren Identifizieren von Situationen
einer Notlage von spezifischen Tieren verwendet worden, um so einem
Aufseher zu ermöglichen, unmittelbar
einzugreifen.
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Andere, ähnliche
Lösungen
sehen die Benutzung von Halsbändern
an Hunden vor, die ein Mikrofon und eine elektronische Einheit,
versehen mit einer LCD-Anzeige, umfassen. Die Einheit ist in der Lage,
vorprogrammierte Worte und Sätze
anzuzeigen, die das Empfinden oder die Stimmung des Hunds auf der
Basis der Art eines Bellens, erfasst mittels des Mikrofons, ausdrücken sollten.
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Vorrichtungen
sind auch bekannt, die als „elektronische
Halsbänder", verwendet zum Trainieren
von Hunden, bezeichnet werden. Diese Halsbänder integrieren eine oder
mehrere Elektrode(n), die einem Trainer ermöglichen, elektrische Stöße einer variablen
Intensität
dem Tier zuzufügen,
und zwar über
eine entfernte Steuerung. Auf diese Art und Weise kann der Trainer
unmittelbar einen Fehler, der durch den Hund während seines Trainings gemacht wird,
korrigieren, während
er von diesem entfernt ist.
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Allerdings
sind derzeit keine Vorrichtungen in der Art vorhanden, die eine
reale, bidirektionale Kommunikation zwischen Menschen und Tieren
bereitstellen können.
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Andererseits
wäre die
Möglichkeit
einer Benutzung eines zuverlässigen
und effizienten Systems für
eine Stimmenkommunikation mit Tieren, insbesondere mit Haustieren,
sehr von denjenigen erwünscht,
die Tiere lieben und eines oder mehrere davon haben, neben dem Öffnen eines
Wegs zu der Möglichkeit
eines einfacheren Trainings des Haustiers, also nicht durch Experten.
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Im
Hinblick darauf, diese Möglichkeit
vorzusehen, ist die Erfindung auf ein Stimmenverbindungssystem zwischen
Menschen und Tieren, insbesondere von Haustieren, gerichtet, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass es aufweist:
- – eine Matrix
aus Sensoren, um an dem Tier positioniert zu werden, insbesondere
an seinem Kopf und/oder seinem Hals, um Informationen, die an dem
Körper
des Tiers erfasst sind, in elektrische Signale umzuwandeln, die
für einen
Zustand des Tiers im Hinblick auf Stimuli, Gefühle, Ereignisse, Aktionen oder
Verhaltensweisen kennzeichnend sind,
- – eine
Verarbeitungseinrichtung, die betriebsmäßig der Sensor-Matrix zugeordnet
ist, umfassend eine Speichereinrichtung, in der menschliche Stimmennachrichten
entsprechend zu einem unterschiedlichen Zustand des Tiers aufgezeichnet sind,
- – einen
Lautsprecher, der betriebsmäßig mit
der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist,
- – wobei
die Verarbeitungseinrichtung zum Aufnehmen der Signale, die von
den Sensoren ankommen, und zum Aktivieren des Lautsprechers, um
eine Stimmennachricht, ausgewählt
in der Speichereinrichtung, als eine Funktion der empfangenen Signale
abzugeben, aufgebaut ist.
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Wenn
einmal die verschiedenen Stimuli, abgegeben durch den Körper des
Tiers in den verschiedenen Situationen, erfasst sind, dann ist es
möglich, eine
Aktivierung einer vorab aufgezeichneten, vereinfachten, vokalen
Sprache zu bewirken (wie beispielsweise „ich bin hungrig", „ich bin
durstig", usw.), was
so die Möglichkeit
einer Sprache für
das Tier simuliert.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das System weiterhin eine Einrichtung für eine Stimmenerkennung,
angepasst so, um die Verarbeitungseinrichtung mit Signalen zu versehen, die
für die
Inhalte der Stimmennachrichten, abgegeben durch den Menschen, repräsentativ
sind, und eine Stimuli-Erzeugungseinrichtung, betriebsmäßig dem
Körper
des Tiers zugeordnet, insbesondere dem Kopf und/oder seinem Hals,
die von der Verarbeitungseinrichtung die Signale, die für die Inhalte
der Stimmennachrichten, abgegeben durch den Benutzer, empfängt und
entsprechende Stimuli zu dem Gehirn des Tieres abgibt, auf.
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Aufgrund
der vorstehend angegebenen Charakteristik, ebenso wie aufgrund des
Vorhandenseins einer Steuerlogik, die vorzugsweise auf der Verwendung
von neuralen Netzwerken basiert, kann das System gemäß der Erfindung
so programmiert werden, um ein interaktives Selbsterlernungsverfahren bereitzustellen,
bei dem sich Menschen und Tiere auf demselben Niveau befinden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird weiterhin in den beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, die nur anhand eines nicht einschränkenden Beispiels angegeben
ist.
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1 stellt
den Kopf eines Haustiers, genauer gesagt eines Hunds, mit einem
Halsband dar, an dem eine Einheit angeordnet ist, die einen Teil
des Systems gemäß der Erfindung
bildet, und
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2 zeigt
ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Einheit der 1 in
einer vereinfachten Form darstellt.
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In
den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein
eine Einheit für
eine bidirektionale Kommunikation zwischen Menschen und Tieren, vorgenommen
entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung.
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Die
Einheit 1 umfasst eine Anzahl von Sensoren 2,
die zum Erfassen und Senden von Signalen 4 zu einem Mikroprozessor 3 vorgesehen
sind, wobei diese Signale für
die verschiedenen Denkweisen/Wünsche
des Tiers repräsentativ
sind.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Einheit 1 in einem Halsband, bezeichnet
mit C in 1, integriert, so dass der erste
und der zweite Sensor 2 unmittelbar unterhalb eines jeweiligen
Ohrs des Tiers positioniert sind, und wobei die verbleibenden Sensoren
um den Hals des Tiers herum angeordnet sind.
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Auf
diese Art und Weise befinden sich die vorstehend angegebenen ersten
und zweiten Sensoren 2 nahe zu dem Occipital-Cortex (hinten
01 und hinten 02: gerade Zahl auf der rechten Seite des Schädels, und
ungerade Zahl auf der linken Seite des Schädels) und sind insbesondere
zum Erfassen von zerebralen Wellen angepasst. Die verbleibenden Sensoren 2 sind
anstelle davon hauptsächlich
zum Aufzeichnen von Signalen in einem ringförmigen Bereich relativ nahe
zu dem Volumen, wo zerebrale Signale erzeugt werden, d.h. dem Hals
des Tiers, und wo eine Kontraktion von Muskeln und Nerven für den Zweck,
der hier von Interesse ist, relevant sind, vorgesehen.
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Die
Erfassungen, die durch die Sensoren 2 ausgeführt werden,
sind im Wesentlichen von einem elektroenzefalografischen (EEG) und
elektromiografischen (EMG) Typ.
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Wie
bekannt ist, macht die Elektroenzefalografie Gebrauch von Elektroden,
die an dem Kopf eines Subjekts angeordnet sind, um Muster einer
elektrischen Aktivität
des Gehirns, erzeugt durch Millionen von Neuronen, angeordnet hauptsächlich in
dem zerebralen Cortex, zu erfassen. Andererseits ist die Elektromiografie
eine ähnliche
Technik, die auf die Erfassung einer elektrischen Aktivität aufgrund
von muskulären
Kontraktionen und der Analyse der qualitativen und quantitativen
Variationen eines Potenzials des sich bewegenden Teils gerichtet
ist.
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Eine
EEG- und EMG-Analyse kann Informationen liefern, die nützlich sind
und objektiv für
ein spezifisches, transientes Stimuli-Ereignisse-Aktionen-Verhaltensweisen
eines Subjekts, das sich unter einer Prüfung befindet, sind. In dieser
Hinsicht sollte angemerkt werden, dass Sensoren 2 nicht
nur dazu vorgesehen sind, konventionelle, zerebrale Wellen, im Hinblick
auf eine spontane, elektrische Aktivität des Zerebral-Cortex, zu liefern,
sondern auch zum Erfassen eines allgemeinen Spektrums von Signalen,
die die Folge von spezifischen, transienten Stimuli-Ereignisse-Aktionen-Gefühle-Verhaltensweisen
sind, einschließlich
solchen, die durch die Bewegung der Muskeln hervorgerufen sind.
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Wie
wiederum 2 zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine
Speichereinrichtung, in der eine erste Datenbank aufgezeichnet ist,
in der eine Vielzahl von unterschiedlichen, menschlichen Stimmennachrichten
codifiziert sind, und zwar entsprechend zu unterschiedlichen Signalen 4,
die der Mikroprozessor 3 empfängt, die Stimuli-Ereignisse-Aktionen-Gefühle-Verhaltensweisen
der Tiere darstellen.
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Hierbei
ist der Mikroprozessor 3 zum Auswählen in der Speichereinrichtung 5 der
Nachricht entsprechend zu dem Signal 4, das empfangen ist, und
zum Aktivieren eines Lautsprechers 6, um, an dem Ausgang,
zu einer Person 7 hin, eine Stimmennachricht entsprechend
zu dem Gedanken/Wunsch des Tieres zu senden, programmiert.
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Die
Einheit 1 weist weiterhin eine Stimmenerkennungseinrichtung 8 auf,
die eine Stimmennachricht 9, abgegeben durch eine Person 7,
empfängt
und Signale 10 an dem Ausgang sendet, die durch den Mikroprozessor 3 empfangen
werden.
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Als
eine Funktion des Typs eines Signals 10, das empfangen
ist, aktiviert der Mikroprozessor 3 eine Mehrzahl von Stimuli-Generatoren 11,
die Stimuli zu dem Gehirn des Tiers entsprechend zu der Stimmennachricht,
abgegeben durch den Benutzer 7, senden.
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Mit
anderen Worten steuert nämlich
deshalb, in Abhängigkeit
von dem Signal 10, das eine Stimmennachricht des Menschen 7 darstellt,
das mittels der Einrichtung 8 empfangen und decodifiziert
wird, der Mikroprozessor 3 die Generatoren 11 so,
um sie dazu zu bringen, Stimuli, die darauf zielen, die geeigneten
Nervenfasern des Tiers in dem zerebralen Bereich des Tiers zu stimulieren,
zu erzeugen, was dadurch letzterem vermittelt, bestimmte Aktionen
vorzunehmen oder bestimmte Gefühle
wahrzunehmen.
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Die
Spannung, die durch die Stimuli-Generatoren 11 angelegt
ist, ist sehr schwach, d.h. sie kann nicht durch einen normalen
Kontakt erfasst werden, und besitzt eine durchschnittliche Gesamtleistung, die
mindestens einhundert Mal niedriger als diejenige von herkömmlichen,
zellularen Telefonen ist.
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Die
Stimmenerkennungseinrichtung 8, die eine Audio-Schaltungsleiterplatte,
verbunden mit einem Mikrofon, aufweist, ist in der Lage, in einer
per se bekannten Art und Weise, ein PCM (Pulse Code Modulation)
Digital-Audio-Signal, das von der Leiterplatte ankommt, in eine
jeweilige Grafik der Amplituden der Frequenzkomponenten umzuwandeln.
Der Stimmenerkennungseinrichtung 8 ist eine zweite Datenbank
zugeordnet (zum Beispiel codifiziert in einem geeigneten Bereich
der Speichereinrichtung 5), die mehrere tausend Probegrafiken
enthält,
die unterschiedliche Typen von Klängen identifizieren, die durch
die menschliche Sprache erzeugt werden können. Tatsächlich wird der Klang, der
in das System eintritt, durch Korrelieren von diesem zu dem Typ
eines vorab aufgezeichne ten Klangs identifiziert, der am nächsten zu
demjenigen, der sich unter Prüfung befindet,
liegt.
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Deshalb
werden, in der Praxis, wenn das Mikrofon Klangwellen wahrnimmt,
die letzteren durch die Stimmenerkennungseinrichtung 8 verarbeitet,
die versucht, die nutzbaren Klänge
auszuwählen
und zu codifizieren. Die entsprechenden Code werden zu den Stimuli-Generatoren 11 gesendet,
die die Code in elektrische Signale umwandeln, die die Nervenfasern
des Tiers stimulieren. Diese Signale laufen so lange, bis sie den
Auditiv-Cortex des
Gehirns des Tiers erreichen, wo sie dahingehend erkannt werden, dass
sie Klänge
sind.
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Stimmenerkennungssysteme,
die ausreichend per se bekannt sind, müssen an die Sprache des Benutzers
und an seine Art und Weise eines Sprechens angepasst werden, um
die Genauigkeit eines Betriebs zu erhöhen. Diese Merkmale sind nur durch
Benutzung einer neuralen Netzwerkarchitektur sichergestellt.
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Wie
es bekannt ist, sind neurale Netzwerke mathematische Systeme, die
in dem Bereich einer Untersuchung einer künstlichen Intelligenz entwickelt sind,
wobei diese Systeme durch ein hohes Niveau einer Adaptionsfähigkeit
charakterisiert sind, was bedeutet, die Fähigkeit, Informationen zu erlernen
und zu speichern, ebenso wie der Verwendung der Informationen, wenn
es notwendig ist, und insbesondere darüber hinaus die Fähigkeit,
eine nicht bekannte Funktion zwischen Eingabe und Ausgabe zu approximieren.
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Auch
ist, in dem Fall der vorliegenden Erfindung, eine „Trainings" Periode für das System
vorgesehen, um einen geeigneten Aufbau des neuralen Netzwerks zu
erreichen, was für
den geeigneten Betrieb des Stimmenerkennungssystems notwendig ist.
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Diese
Lernperiode ist auch notwendig, um unmittelbar die Signale 4 zu
entsprechenden Stimuli-Ereignisse-Aktionen-Gefühle-Verhaltensweisen des Tiers
zu korrelieren, um eine Klangnachricht durch den Lautsprecher 6 abzugeben
und um geeignet die elektrischen Stimuli, erzeugt durch die Generatoren 11,
zu der entsprechenden Stimmennachricht, abgegeben durch den Menschen 7,
zu korrelieren.
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In
Bezug auf den ersten Aspekt wird das System zum Aufzeichnen der
Signale 4, erzeugt durch das Tier, „bei der Arbeit", trainiert. Ein
Beispiel dieses Vorgangs kann aus einem Erfassen der Relation zwischen
einer Anzahl von ausgewählten
Substanzen, angezeigt durch einen Menschen 7, der hier als
ein Supervisor oder Trainer arbeitet, und der entsprechenden Signale 4,
aufgezeichnet durch den Mikroprozessor 3, die die gesamten Reaktionen
der Tiere in Bezug auf Effekte-Verhaltensweisen-Gefühle zu einer
bestimmten Geruchssubstanz hin wiedergeben, bestehen.
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In
Bezug auf den zweiten Aspekt wird eine Anzahl von Grundworten und
Ausdrücken
in der Speichereinrichtung 5 des Mikroprozessors 3,
mittels der Stimmenerkennungseinrichtung 8, aufgezeichnet.
Die Stimmenumsetzung dieser Worte/Ausdrücke ist spezifischen Aktionen
zugeordnet, die der Hund vornehmen muss, und deren Abgabe wird durch
den Menschen 7 kontrolliert, der auch in diesem Fall als ein
Supervisor oder Trainer, über
das neurale Netzwerk, ausgeführt
in der Steuerlogik des Systems, arbeitet. Die Algorithmen des neuralen
Netzwerks werden die beste Relation zwischen der Stimmeneingabe,
vorgenommen durch den Menschen 7, und der Ausgabe der Stimuli-Generatoren 11 erzeugen.
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Aus
dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Einheit 1 tatsächlich ein
Schnittstellensystem zwischen dem Menschen und dem Tier bildet,
das in der Lage ist, eine bidirektionale Kommunikation zu unterstützen, wobei:
- – die
Eingabe einer Kommunikation von einem Tier zu einem Menschen durch
Daten, erfasst mittels der Sensoren 2, gebildet ist, und
die Ausgabe die Anzeige des „Status" ist, in der sich
das Tier in dem Moment befindet, vorgenommen durch den Lautsprecher 6,
- – die
Eingabe einer Kommunikation von einem Menschen zu einem Tier durch
Stimmenanweisungen gebildet wird, die von dem Menschen 7 aus
kommen, erfasst durch die Stimmenerkennungseinrichtung 8,
während
die Ausgabe durch die Stimuli, erzeugt durch die Generatoren 11,
geliefert wird,
- – das
gesamte System durch die neurale Netzwerklogik, ausgeführt in dem
Mikroprozessor 3, gesteuert wird.
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Aufgrund
der angegebenen Merkmale ist die Einheit 1 gemäß der Erfindung
in der Lage, einen Austausch von menschlichen Stimmennachrichten zwischen
dem Benutzer und dem Tier zu simulieren, wobei die Stimmennachrichten, „verursacht" durch das Tier,
tatsächlich
vorab aufgezeichnete Nachrichten sind, die allerdings durch den
Mikroprozessor 3 so ausgewählt sind, dass sie tatsächlich den
Gefühlen-Verhaltensweisen-Gedanken-Wünschen des Tiers entsprechen.
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Gemäß einem
wichtigen Merkmal der Erfindung ermöglicht die Vorsehung des neuralen
Netzwerk-Steuersystems und des Stimmenerkennungssystems 8 dem
Mikropro zessor 3, eine Selbstlernlogik zu aktivieren, bei
der der Mensch 7 durch seine Stimmennachrichten die Stimmennachrichten,
die der Lautsprecher 6, auf der Basis von Signalen 4,
abgibt, zu korrigieren oder zu bestätigen.
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Andererseits
wird das Tier dazu gebracht, seine eigene Stimme mit der Zeit zu
entwickeln, was ein evolutionaler Vorgang ist, und zwar über eine
interaktive Schleife: Gehirn-Sensoren 2 – Lautsprecher 6 – Mikrofon-Emitter 11 – Gehirn,
d.h. durch Hören, mit
der Hilfe einer Einrichtung 8 und eines Lautsprechers 6,
die Vokalisierung, die das Tier selbst in Zuordnung zu seinen Reaktionen
zu der Umgebung hin erzeugt.
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Alle
vorstehend angegebenen Komponenten, ebenso wie die Einrichtungen,
die für
eine elektrische Versorgung notwendig sind, können mit modernen Technologien,
in miniaturisierten Dimensionen, vorgenommen werden, und können deshalb einfach
an dem Körper
des Tiers, vorzugsweise an einem einzelnen Halsband, positioniert
werden.
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Natürlich können, während das
Prinzip der Erfindung dasselbe verbleibt, die Details eines Aufbaus
und die Ausführungsformen
in weitem Umfang in Bezug auf dasjenige, was nur anhand eines Beispiels
hier beschrieben und dargestellt worden ist, variieren, ohne den
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zum
Beispiel arbeiten, in einer möglichen Ausführungsform
der Erfindung, das Signal, das die Stimmenerkennungseinrichtung 8 erreicht,
das von dem Menschen kommt, und das Signal, das durch die Sensoren 2 erfasst
ist, das von dem Tier kommt, in dem neuralen Netzwerk zusammen,
um eine Antwort oder einen Stimulus, die bzw. der in Abhängigkeit
von der Wechselwirkung zwischen den Anweisungen von dem Menschen
und dem mentalen Status des Tiers variiert, zu erzeugen.