WO2018117502A1 - 센서 인터페이스를 가진 주파수 정보기반의 컴퓨터 - Google Patents

센서 인터페이스를 가진 주파수 정보기반의 컴퓨터 Download PDF

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WO2018117502A1
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이상철
정우영
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재단법인 대구경북과학기술원
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14502—Surface acoustic wave [SAW] transducers for a particular purpose

Definitions

  • the present invention relates to a frequency information based computer having a sensor interface.
  • the present invention relates to a computer for computing a frequency information of an input signal and providing a new interface compatible with a digital computer.
  • a computer is also called an electronic calculator.
  • computers There are analog and digital types of computers, which are rarely used since the 1960s.
  • C. Babbage designed a machine that automatically executes calculations while deciphering a series of instructions that correspond to programming on a computer.
  • the first machine to automatically perform calculations was completed in 1944 with the relay calculator MARK-I, led by Harvard University's H.H.Acon.
  • J.L. Neumann proposed a so-called built-in method of storing computer commands and values together in a memory device like a current computer.
  • the first commercial computer is Sperry Land's UNIVAC-I.
  • UNIVAC-I used magnetic tape as an input / output device. Since the beginning of commercial computer use, the development process of this computer in terms of hardware has been divided into several generations.
  • the first generation is a computer whose main element is a vacuum tube, and the second generation is from 1950 to 1956 ⁇ 7.
  • Computers using semiconductor devices such as transistors and diodes from around 1957 to 1964; third generation computers using integrated circuits; from 1965 to the mid-1970s; fourth generation computers from 75 to recent times I'm using.
  • the fifth generation computer project has been under R & D for 10 years since 1982.
  • the R & D period is divided into three years, the middle four years and the latter three years.
  • R & D is commissioned by the Ministry of Trade, Industry and Energy and is being conducted by the New Generation Computer Technology Development Organization (ICOT).
  • ICOT New Generation Computer Technology Development Organization
  • the research and development of electricity focuses on the development of basic element technology necessary to construct the fifth generation computer, the middle period develops the subsystem that is the foundation of the fifth generation computer, and integrates the research and development achievements so far. It aims to complete the final prototype for fifth-generation computers.
  • the sixth generation computer refers to a computer that is in charge of the right brain part that manages shape recognition and intuition, while the fifth generation computer targets a left brain type computer that corresponds to a human logical judgment function.
  • computer development of the right brain type combines technologies such as a "neural circuit computer” that mimics the mechanism of information processing with the human brain, and a “super parallel and ultra-distributed computer” that shares and processes large amounts of information.
  • 'prior art' discloses 'an electroencephalogram-inducing device, a brain computer interface system and method using auditory stimulation'.
  • Prior art discloses a computer system for generating an auditory stimulus signal using a carrier signal and a message signal, which are music or natural sounds, and receiving and analyzing brain waves of a user in response to the signal.
  • the prior art discloses a system that converts human brain waves formed by neuronal associations constituting the brain into digital signals and converts or calculates them into instructions of a digital computer.
  • the present inventors have devised a model capable of a wave type input interface capable of excellent analog input function and maximum utilization of digital computing power as a model of a future computer.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Registered Patent No. 1457477
  • An object of the present invention is to provide a computer that receives the analog signal such as light, wave, vibration, etc. in the form of a wave, beyond the limitations of passive information recognition and digital signal processing, in more detail It is intended to provide a new type of computer capable of performing analog interfaces and digital operations.
  • the present invention is a hybrid wave computer that calculates the input source signal as frequency information, the source signal is embedded in a frequency band of several bands on the substrate provided with a piezoelectric element is transmitted in the form of an acoustic wave, An input module for separating the frequency of the original signal as the oscillation of the piezoelectric element is detected for each position; A calculation module configured to receive a frequency of the original signal separated from the input module, and include one or more vibration amplifiers or vibration attenuators for amplifying or attenuating waves for each frequency band, and calculating the received original signal in a frequency band; And a storage module for storing the frequency information binarized by the calculation module as digital information, wherein the original signal is interfaced in the form of a wave.
  • the hybrid wave computer according to the present invention may further include a sensor unit for oscillating the input module in response to an external environment.
  • the input module includes a piezoelectric substrate that receives the original signal and converts it into a surface acoustic wave
  • the piezoelectric substrate may have a metal line formed on a surface of the piezoelectric substrate perpendicular to a direction in which the surface acoustic wave travels.
  • the piezoelectric substrate may have a plurality of metal lines arranged at regular intervals, and the metal lines may be formed in an arrangement in which fixed ends are crossed in the vertical direction.
  • the input module further includes an electrode port for outputting the separated frequencies, respectively, the electrode port may be disposed in the region of the fixed end, respectively.
  • the calculation module comprises a compression sensing unit for sampling the signal size for each frequency band of the original signal; And a digital converter configured to binarize the size of the signal sampled by the compression sensing unit and convert the signal into digital, wherein the compression sensing unit converts the signal to a value less than twice the maximum frequency of the signal for each separated frequency band of the original signal. You can sample.
  • the calculation module further includes a processor in which an artificial neural network algorithm is embedded, and the processor generates output information through machine learning by receiving a magnitude of a signal for each frequency band of the original signal output from the digital converter. can do.
  • the storage module may store the binarized frequency information by frequency band.
  • the present invention provides a physical virtual space fully connected interfeel including a sensor unit that senses information as a frequency component and an input module capable of calculating a wave based on a frequency component in contrast to discrete calculations based on information received from the sensor unit. Implement the platform.
  • an analog input module separates an analog signal for each frequency band by using the attenuation characteristics of the surface acoustic wave, and an operation required for an interface is performed using the signal of the frequency band as an input value, thereby performing a separate Fourier transform process in the frequency band. Compute the information.
  • an algorithm such as an artificial neural network.
  • the present invention has the advantage that the input function of the analog is enhanced in addition to the processing of existing user input or single sensor information, and information processing that simulates the sensory organs and the brain of the human body.
  • 1 is a hybrid wave computer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a process of processing an original signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates a computing module and a storage module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an anatomical model diagram of a tonotopic map for explaining an embodiment of the present invention.
  • the hybrid wave computer 1 is used herein to describe one embodiment of a computer to which future computer technology is applied.
  • the hybrid wave computer 1 refers to a computer that performs a process of receiving an external signal in the form of a wave and informing it, unlike a digital signal that is passively received from an input device of a conventional computer.
  • the hybrid wave computer 1 may interface the input analog signal in the region of the wave or may be compatible with various algorithms of digital computers that are currently in use in connection with digital signal processing.
  • the hybrid wave computer 1 is a hybrid wave computer 1 according to an embodiment of the invention.
  • the hybrid wave computer 1 may include a sensor unit 11, an input module 13, a calculation module 15, a storage module 17, and an output module 19.
  • the hybrid wave computer 1 according to the embodiment of the present invention can implement a physical-virtual space interface in which information is exchanged with frequency components.
  • the hybrid wave computer 1 can calculate the input original signal 3 as frequency information.
  • the input original signal 3 may be interfaced in the form of a wave.
  • each configuration of the hybrid wave computer 1 according to the present embodiment will be described in detail.
  • the sensor unit 11 may oscillate the input module 13 in response to an external environment.
  • the sensor unit 11 may respond to all stimuli having wave characteristics such as light, sound, and vibration.
  • the sensor unit 11 may be provided as different sensor elements depending on the type of stimulus.
  • a photodiode may be used to receive light information through an analog input interface
  • an acoustic sensor or piezoelectric sensor may be used to receive vibration information of a sound or other object.
  • the sensor unit 11 can be understood in the form of an input device for acquiring the desired analogue according to the purpose of use of the hybrid wave computer 1.
  • the sensor unit 11 may transmit the introduced stimulus to the input module 13 to oscillate the input module 13.
  • the input interface of the hybrid wave computer 1 may prevent the loss of data by eliminating the conversion process in response to the stimulus introduced from the outside.
  • the input module 13 may include a piezoelectric substrate 131, a metal line 133, and an electrode port 135.
  • the original signal 3 refers to a signal that the sensor unit 11 receives and outputs to the input module 13.
  • the original signal 3 may be various signal information in an analog form, such as a light signal, a sound signal, and a vibration signal, according to an embodiment of the sensor unit 11, and may be a signal having frequencies in various bands.
  • the input module 13 transmits an original signal 3 having frequencies of several bands embedded in a form of an acoustic wave on a substrate on which a piezoelectric element is provided, and thus detects oscillation of the piezoelectric element for each position, and thus the frequency of the original signal 3. Can be separated.
  • the input module 13 may transmit the original signal 3 received from the sensor unit 11 in the form of surface acoustic waves.
  • the input module 13 may be implemented as a frequency selective function device. In this case, when a piezoelectric is formed by forming a metal electrode on a highly insulating substrate, the surface of the substrate is temporarily warped, causing physical waves. .
  • the input module 13 is configured in series and in parallel with a 1-port resonator in which reflectors are disposed on both sides together with a comb-shaped transducer that converts an electric system into a wave form or an acoustic system into an electric system. As a result, it may be provided in the form of a ladder to filter or extract a predetermined frequency band.
  • the comb-shaped transducer may be an interdigital transducer (IDT) as an example.
  • the input module 13 In the process of transmitting the surface acoustic wave, the input module 13 has a higher frequency inside the medium into which the elastic wave penetrates, so that energy loss increases and thus attenuation increases. Therefore, the penetration depth into the frequency and the medium can be inversely proportional. That is, the high frequency penetrates the short distance and the low frequency penetrates the long distance, and the input module 13 may separate the surface acoustic wave of the original signal 3 according to the penetration distance by characteristic using the attenuation characteristic.
  • the input module 13 may include a piezoelectric substrate 131 which receives the original signal 3 and converts it into a surface acoustic wave.
  • the input module 13 may receive the original signal 3 and convert it into a surface acoustic wave.
  • the input module 13 may transmit surface acoustic waves through the piezoelectric substrate 131.
  • the input module 13 may separate the surface acoustic wave according to the penetration depth.
  • the input module 13 may transmit the separated surface acoustic wave to the calculation module 15.
  • the input module 13 may transmit the separated frequency signal to the calculation module 15 in the form of vibration, or may transmit the separated frequency signal to the calculation module 15 in the form of an electrical signal according to the vibration of the separated frequency.
  • the number and shape of the means connecting the input module 13 and the arithmetic module 15 is not limited and may be changed flexibly according to the needs of the user.
  • the piezoelectric substrate 131 may be provided in any form capable of forming a path in a direction in which the surface acoustic wave travels.
  • the piezoelectric substrate 131 may be provided in the form of a rectangular parallelepiped.
  • the surface acoustic wave has an elongated structure in which a long path is formed in consideration of the difference in penetration depth for each frequency.
  • the piezoelectric substrate 131 may be implemented in a rolled shape having a 'u' shape.
  • the piezoelectric substrate 131 may have a metal line 133 formed on the surface of the piezoelectric substrate 131 to be perpendicular to the direction in which the surface acoustic waves travel.
  • the piezoelectric substrate 131 may be formed with a metal line 133 to convert the stimulus caused by the pressure during the progress of the surface acoustic wave into an electrical signal.
  • a plurality of piezoelectric substrates 131 may be arranged in the advancing direction of the surface acoustic wave so that the metal lines 133 are spaced at regular intervals.
  • the metal lines 133 arranged on the piezoelectric substrate 131 at predetermined intervals may detect surface acoustic waves passing through the metal lines.
  • the piezoelectric substrate 131 has a characteristic in which a sound wave is attenuated according to frequency, that is, a medium in which surface acoustic waves are transmitted using a characteristic in which the penetration depth is different in frequency, at every predetermined interval in the direction of travel.
  • the coating line 133 of metal which is a piezoelectric material, is arranged, the sum of the frequencies of the signals received by the metal lines 133, which are converted into electrical signals by the corresponding depths, is different for each line position.
  • the piezoelectric substrate 131 may separate surface acoustic waves by matching characteristics of respective positions of the plurality of metal lines 133 and frequency-specific characteristics of each wavelength included in the surface acoustic waves. That is, referring back to FIG. 2, the piezoelectric substrate 131 has a high frequency. Can be separated from the point where the original signal 3 is not spaced apart. On the other hand, the piezoelectric substrate 131 has a low frequency It can be relatively separated from the point where the original signal (3) is separated from the input point.
  • the metal line 133 may be formed in a configuration in which fixed ends are crossed in the vertical direction.
  • the metal lines 133 are formed in a ladder structure arranged to face each other.
  • the fixed end referred to herein refers to the starting point arranged so that the metal lines 133 face in the direction of the other metal line from the outside of the substrate. It is defined as meaning.
  • one end of the plurality of metal lines 133 disposed perpendicular to the traveling direction of the surface acoustic wave is fixed, and each of the metal lines 133 arranged in succession has a fixed end on the piezoelectric substrate 131. It may be arranged to cross below.
  • the electrode ports 135 may output the separated frequencies, respectively, and may be disposed in regions of the fixed end of the metal line 133.
  • the electrode port 135 may be provided as an apparatus for transmitting the electrical signal transmitted from the metal line 133 through the surface acoustic wave to the calculation module 15.
  • the electrode port 135 may be disposed at a fixed end of the plurality of metal lines 133 to transmit electrical signals transmitted from surface acoustic waves having different frequency characteristics to the calculation module 15.
  • the shape or number of electrode ports 135 is not limited and may be changed according to a user's needs.
  • the electrode port 135 may be a means for transmitting the elastic wave propagated to the metal line 133 in the form of vibration, and the conductive line for transmitting the current signal converted into the electrical signal by the elastic wave propagated to the metal line 133. It may be.
  • the calculation module 15 receives a frequency of the original signal 3 separated from the input module 13 and includes at least one vibration amplifier 151 or vibration damper 153 for amplifying or attenuating waves for each frequency band. Thus, the received original signal 3 can be calculated in the frequency band.
  • the calculation module 15 may be connected to the electrode port 135 of the input module 13 to receive the separated frequency information.
  • the calculation module 15 may include the same number of vibration amplifiers 151 and vibration dampers 153.
  • the calculation module 15 may calculate the separated frequencies through the vibration amplifier 151 and the vibration attenuator 153, respectively.
  • the calculation module 15 may transfer the calculated frequency to the storage module 17 or the output module 19.
  • the vibration amplifier 151 may amplify each frequency separated from the surface acoustic wave.
  • the vibration amplifier 151 may be provided in plural to amplify a plurality of frequencies inputted in multiple lines at the same time.
  • the frequency calculated via the vibration amplifier 151 may be transmitted to the storage module 17 or the output module 19.
  • the vibration attenuator 153 may attenuate each frequency separated from the surface acoustic wave.
  • the vibration attenuator 153 may be provided in plural to attenuate a plurality of frequencies inputted in multiple lines at the same time.
  • the frequency calculated via the vibration attenuator 153 may be transmitted to the storage module 17 or the output module 19.
  • the calculation module 15 performs calculation on the input signal in the domain of frequency.
  • the calculation module 15 classifies the original signal 3 in each frequency band to perform signal processing. Accordingly, the operation module 15 may require a plurality of vibration amplifiers 151 or vibration dampers 153 for each frequency band.
  • the original signal 3 is transmitted to the high frequency band through the input module 13.
  • Signal and low frequency Can be separated into signals.
  • the separated signal may be amplified or attenuated or arithmetic based on the type of operation desired.
  • high frequency separated The signal depends on the amplification or attenuation or The signal may be processed in the form of.
  • the calculation module 15 may be associated with a processor in which an algorithm such as the artificial neural network 159 is embedded.
  • the calculation module 15 may include a compression sensing unit 155, a digital converter 157, and a processor (not shown).
  • the compression sensing unit 155 may sample the size of the signal for each frequency band of the original signal 3. More specifically, the compression sensing unit 155 may sample the signal with a value less than twice the maximum frequency of the signal for each of the separated frequency bands of the original signal 3.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the rate at which the compression sensing unit 155 samples is proportional to the amount of information that can be represented.
  • the frequency can be easily changed without damaging the signal. Sampling can be implemented.
  • the compression sensing unit 155 according to the present embodiment is based on the CS theory of restoring the original signal with only a small number of linear measurements of the sparse signal (the signal having most values 0) without sampling the signal above the Nyquist rate. This allows sampling at relatively low speeds.
  • the digital converter 157 may convert the size of the signal sampled by the compression sensing unit 155 to digital.
  • the information converted by the digital conversion unit 157 may be compatible with a process or a program that adopts a digital method, whereby the utility of the hybrid wave computer 1 may be further improved.
  • the digital converter 157 may transfer the digital data transferred to the artificial neural network 159 or the output module 19.
  • the digital converter 157 may binarize and convert signals transmitted according to frequency characteristics. This may be used as a cornerstone for increasing the efficiency of the storage process of the storage module 17 later.
  • it can be provided to the processor to provide data to selectively select the basic data of the machine learning.
  • the processor may have a neural network algorithm embedded therein to receive the magnitude of the signal for each frequency band of the original signal 3 output from the digital converter 157 to generate output information through machine learning.
  • the processor may selectively receive the magnitude of the binarized signal separated by the frequency characteristic of the digital converter 157, thereby performing machine learning based on various combinations of input values.
  • the processor may transmit the product calculated through the execution of the neural network algorithm to the output module 19. Also, the processor can extract various information in real time by learning through an artificial neural network algorithm.
  • the frequency information binarized by the calculation module 15 may be stored as digital information.
  • the storage module 17 may store frequency information of the original signal 3 that is electrically converted and received from the calculation module 15.
  • the storage module 17 may be provided in any form capable of storing electrically converted data.
  • the storage module 17 is a device used in a digital computer, such as a central processing unit (CPU), a RAM (RAM), and a solid state drive (SSD) that can store electrically converted data using semiconductors. It may be provided in the form containing. In another embodiment, the storage module 17 may be provided in a form including a hard disk (HDD) and magnetic tape using magnetism.
  • HDD hard disk
  • the storage module 17 may store the binarized frequency information by frequency band.
  • the storage module 17 is a binary signal independently binarized by the digital converter 157. Frequency-specific data in (3) can be stored in different spaces. This means that the computer form can simulate the human form and proceed with the process.
  • the input module 13 performs a function of the cochlea to divide sound by frequency band.
  • the structure of the storage module 17 and the data processing of the arithmetic module 15 may be implemented to be suitable for simulating the functions of the sensory organs and the brain of the human body. have.
  • the output module 19 may output the frequency information of the original signal 3 that is electrically converted and transmitted from the calculation module 15 in various forms.
  • the converted frequency information may be output in a form that can be visually confirmed.
  • the converted frequency information may be output in a form that can be audibly verified.
  • the information output through the output module 19 is not limited in form or characteristic and may be output in various ways and recognized by the user.
  • the present invention provides a physical virtual space fully connected interfeel including a sensor unit that senses information as a frequency component and an input module capable of calculating a wave based on a frequency component in contrast to discrete calculations based on information received from the sensor unit. Implement the platform.
  • an analog input module separates an analog signal for each frequency band by using the attenuation characteristics of the surface acoustic wave, and an operation required for an interface is performed using the signal of the frequency band as an input value, thereby performing a separate Fourier transform process in the frequency band. Compute the information.
  • an algorithm such as an artificial neural network.
  • the present invention has the advantage that the input function of the analog is enhanced in addition to the processing of existing user input or single sensor information, and information processing that simulates the sensory organs and the brain of the human body.

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Abstract

본 발명은 입력된 원신호를 주파수 정보로 계산하는 하이브리드 파동 컴퓨터에 있어서, 압전 소자가 마련된 기판 상에 여러 대역의 주파수가 내재된 상기 원신호가 탄성파의 형태로 전달되어, 상기 압전 소자의 발진을 위치 별로 검출함에 따라 상기 원신호의 주파수를 분리하는 입력 모듈; 상기 입력 모듈에서 분리된 상기 원신호의 주파수를 입력 받고, 주파수 대역별로 파동을 증폭 또는 감쇠시키는 진동 증폭기 또는 진동 감쇠기를 각각 하나 이상 구비하여, 입력 받은 상기 원신호를 주파수 대역에서 연산하는 연산 모듈; 및 상기 연산 모듈에서 이진화된 주파수 정보가 디지털 정보로 저장하는 저장 모듈을 포함하여, 상기 원신호가 파동의 형태로 인터페이스 된다. 본 발명에 따르면, 표면 탄성파의 감쇠 특성을 이용하여 아날로그의 신호를 입력 모듈이 주파수 대역별로 분리하고, 주파수 대역의 신호를 입력 값으로 인터페이스에 필요한 연산이 수행되어 별도의 퓨리에 변환 과정 없이 주파수 대역에서 정보를 연산한다. 또한, 저장 모듈에는 주파수 대역 별 신호의 정보가 구분되어 디지털로 저장되기 때문에, 인공신경망 등의 알고리즘과도 연계가 가능하다.

Description

센서 인터페이스를 가진 주파수 정보기반의 컴퓨터
본 발명은 센서 인터페이스를 가진 주파수 정보기반의 컴퓨터에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 입력되는 신호의 주파수 정보를 연산하여 디지털 방식의 컴퓨터와 호환 가능한 새로운 인터페이스를 제공하는 컴퓨터에 관한 것이다.
컴퓨터는 전자계산기라고도 한다. 컴퓨터에는 아날로그형과 디지털형이 있는데, 아날로그형은 1960년대 이후에는 거의 사용을 하지 않고 있다. 오늘날 컴퓨터에서 프로그래밍에 해당하는 일련의 명령을 해독하면서 자동적으로 계산을 실행하는 기계를 19세기 초에 영국의 수학자 C.배비지가 계획하였다. 자동적으로 계산을 실행하는 최초의 기계는 하버드대학의 H.H.에이컨이 지도하여 만든 릴레이 계산기 MARK-I로 1944년에 완성되었다. 전자식 계산기, 즉 진공관을 사용한 계산기로 최초로 성공한 것은 1945년경에 펜실베이니아 대학교의 J.W.모클레이와 J.P.에커트에 의하여 만들어진 ENIAC이다.
한편, 현재의 컴퓨터처럼 기억장치에 컴퓨터의 명령과 수치를 함께 기억시키는 이른바 내장방식을 제안한 것은 1946년 J.L.노이만으로, 오늘날 컴퓨터의 기본적인 원리가 되고 있다.
최초의 상업용 컴퓨터는 스페리 랜드사의 UNIVAC-I로 이다. UNIVAC-I은 자기테이프를 입출력장치로 한 것이었다. 상업용 컴퓨터가 사용되기 시작한 이래로 지금까지 하드웨어면에서 본 컴퓨터의 발달과정을 몇 개의 세대로 나누어 보면, 제1세대는 진공관을 주요 소자로 하는 컴퓨터로 1950년부터 1956~7년까지, 제2세대는 트랜지스터와 다이오드 등의 반도체 소자를 사용한 컴퓨터로 1957년경부터 1964년경까지, 제3세대는 집적회로를 사용한 컴퓨터로 1965년경부터 1970년대 중반까지, 제4세대 컴퓨터는 75년부터 최근까지로 고밀도집적회로를 사용하고 있다.
제5세대 컴퓨터 프로젝트는 1982년부터 10년간에 걸쳐 연구개발이 추진되고 있다. 연구개발 기간은 전기 3년간, 중기 4년간, 후기 3년간으로 구분하고 있다. 연구개발은 통상산업성의 위탁연구로 신세대 컴퓨터기술 개발기구(ICOT)가 실시하고 있다. 전기의 연구개발은 제5세대 컴퓨터를 구축하기 위하여 필요한 기본적 요소기술 개발에 중점을 두고, 중기는 제5세대 컴퓨터의 기반이 되는 서브시스템을 개발하고, 후기에는 이제까지의 연구개발 성과를 통합화하여 제5세대 컴퓨터를 위한 최종적인 원형을 완성하는 것을 목표로 하고 있다.
제6세대 컴퓨터는, 제5세대 컴퓨터가 인간의 논리적인 판단 기능에 해당하는 왼쪽 뇌형의 컴퓨터를 목표로 한 반면, 도형 인식과 직감을 주관하는 오른쪽 뇌 부분을 담당하는 컴퓨터를 지칭한다. 현재 개발 단계이며, 오른쪽 뇌형의 컴퓨터 개발은 인간의 뇌로 정보 처리의 기구를 모방하는 ‘신경 회로 컴퓨터’나 대량의 정보를 분담하면서 처리하는 ‘초 병렬·초 분산 컴퓨터’ 등의 기술을 융합한다.
제6세대 컴퓨터와 같이 확장된 인터페이스를 채택하는 컴퓨터와 관련된 것으로 제1457477호(이하 '선행기술'이라 약칭함)는, '청각자극을 이용한 뇌파 유발 장치, 뇌 컴퓨터 인터페이스 시스템 및 방법'을 개시한다. 선행문헌은 음악 또는 자연의 소리인 캐리어 신호 및 메시지 신호를 이용하여 청각자극 신호를 발생시키고, 신호에 반응한 사용자의 뇌파를 수신하여 분석하는 컴퓨터 시스템을 개시한다. 다시 말해, 선행기술은 뇌를 구성하는 뉴런 연합체에 의해 형성된 인간의 뇌파를 디지털 신호로 변환하여 디지털 컴퓨터의 명령어로 변환 또는 산출하여 적용되는 시스템을 개시한다.
다만, 디지털 컴퓨터를 사용하는 과정에서는 물리공간의 아날로그 정보를 변환과정을 거쳐 가상공간으로 전송 또는 연결하기 때문에 정보의 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 변환과정의 손실을 방지하기 위한 새로운 형태의 인터페이스를 가진 컴퓨터에 대한 관심이 증가하고 있다.
지금까지의 디지털 컴퓨터는 키보드, 마우스 등의 인터페이스나 카메라 등의 센서로부터 입력되는 정보만을 피동적으로 받아들이게 되어 외부의 정보를 인식하는 데에 있어 근본적인 한계를 보이게 된다. 특히, 사물인터넷 기술에서의 센서 인터페이스는 아직까지 전력소비, 크기, 신뢰도 등의 문제를 극복하는데 많은 노력을 필요로 하고 있으며, 가상물리시스템(cyber physical system)이나 거대시스템(systems of system) 시대에 물리세계와의 정보 연결에서 병목현상(bottleneck)인 디지털 병목현상(digital bottleneck)을 가져올 것으로 우려된다.
이에 본 출원인은, 미래형 컴퓨터의 한 모델로서, 아날로그 입력 기능이 우수하고 디지털 계산능력이 최대한 활용될 수 있는 파동 방식의 입력 인터페이스가 가능한 모델을 고안하게 되었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제1457477호
본 발명의 목적은 빛, 파동, 진동 등의 아날로그의 신호를 입력 받아 파동의 형태로 인터페이스 되어, 피동적인 정보인식의 한계와 디지털 신호처리의 한계를 넘어서는 컴퓨터를 제공하는 데에 있으며, 보다 상세하게 아날로그 인터페이스와 디지털 연산의 수행이 가능한 새로운 형태의 컴퓨터를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력된 원신호를 주파수 정보로 계산하는 하이브리드 파동 컴퓨터에 있어서 압전 소자가 마련된 기판 상에 여러 대역의 주파수가 내재된 상기 원신호가 탄성파의 형태로 전달되어, 상기 압전 소자의 발진을 위치 별로 검출함에 따라 상기 원신호의 주파수를 분리하는 입력 모듈; 상기 입력 모듈에서 분리된 상기 원신호의 주파수를 입력 받고, 주파수 대역별로 파동을 증폭 또는 감쇠시키는 진동 증폭기 또는 진동 감쇠기를 각각 하나 이상 구비하여, 입력 받은 상기 원신호를 주파수 대역에서 연산하는 연산 모듈; 및 상기 연산 모듈에서 이진화된 주파수 정보가 디지털 정보로 저장하는 저장 모듈을 포함하여, 상기 원신호가 파동의 형태로 인터페이스 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터는 외부 환경에 감응하여 상기 입력 모듈을 발진시키는 센서부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 입력 모듈은 상기 원신호를 입력받아 표면 탄성파로 변환하는 압전성(piezoelectric) 기판을 포함하고, 상기 압전성 기판은 표면에 상기 표면 탄성파가 진행하는 방향과 수직하게 금속 라인이 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 압전성 기판은 상기 금속 라인이 일정 간격으로 복수개 배열되고, 상기 금속 라인은 상하 방향으로 고정단이 교차된 배치로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 입력 모듈은 분리된 주파수를 각각 출력시키는 전극 포트를 더 포함하고, 상기 전극 포트는 상기 고정단의 영역에 각각 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 연산 모듈은 상기 원신호의 분리된 주파수 대역별로 신호의 크기를 샘플링하는 압축센싱부; 및 상기 압축센싱부에서 샘플링된 신호의 크기를 이진화하여 디지털로 변환하는 디지털 변환부를 포함하고, 상기 압축센싱부는 상기 원신호의 분리된 주파수 대역별로 신호의 최고 주파수의 2배 미만의 값으로 신호를 샘플링 할 수 있다.
바람직하게, 상기 연산 모듈은 인공신경망 알고리즘이 내재된 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 디지털 변환부에서 출력되는 상기 원신호의 주파수 대역별 신호의 크기를 입력받아 기계학습을 통해 출력 정보를 생성할 수 있다.
바람직하게, 상기 저장 모듈은 이진화된 상기 주파수 정보를 주파수 대역별로 구분하여 저장할 수 있다.
본 발명은, 주파수 성분으로 정보를 감응하는 센서부와 센서부로부터 전달받은 정보를 바탕으로 이산 계산에 대비되는 주파수 성분에 근거한 파동계산이 가능한 입력 모듈을 포함한 물리 가상공간 완전연결 인터필(interfeel) 플랫폼을 구현한다.
본 발명에 따르면, 표면 탄성파의 감쇠 특성을 이용하여 아날로그의 신호를 입력 모듈이 주파수 대역별로 분리하고, 주파수 대역의 신호를 입력 값으로 인터페이스에 필요한 연산이 수행되어 별도의 퓨리에 변환 과정 없이 주파수 대역에서 정보를 연산한다. 또한, 저장 모듈에는 주파수 대역 별 신호의 정보가 구분되어 디지털로 저장되기 때문에, 인공신경망 등의 알고리즘과도 연계가 가능하다.
이로써, 본 발명은 기존의 사용자 입력 또는 단일 센서 정보의 처리에 나아가 아날로그의 입력 기능이 강화되고, 인체의 감각 기관 및 뇌를 모사한 정보처리가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원신호의 처리과정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연산 모듈 및 저장 모듈을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 음위상 지도(Tonotopic Map)의 해부학적 모형도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 미래형 컴퓨터 기술을 적용한 컴퓨터의 일 구현예를 설명하기 위해 사용되었다. 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 기존의 컴퓨터의 입력 장치에서 피동적으로 수신되는 디지털 신호와 달리, 외부신호를 파동의 형태로 입력 받아 정보화하여 인식하는 과정을 수행하는 컴퓨터를 의미한다. 또한, 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 입력된 아날로그 신호를 파동의 영역에서 인터페이스 하거나, 디지털 신호 처리와 연계하여 현재 보급된 디지털 컴퓨터의 다양한 알고리즘과 호환할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터(1)이다. 도 1을 참조하면, 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 센서부(11), 입력 모듈(13), 연산 모듈(15), 저장 모듈(17), 출력 모듈(19)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 주파수 성분으로 정보가 교환되는 물리-가상공간 인터페이스를 구현할 수 있다. 다시 말해, 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 입력된 원신호(3)를 주파수 정보로 계산할 수 있다. 또한, 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 입력받는 원신호(3)가 파동의 형태로 인터페이스 될 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터(1)의 각 구성을 상세히 설명한다.
센서부(11)는 외부 환경에 감응하여 입력 모듈(13)을 발진시킬 수 있다.
본 실시예에서, 센서부(11)는 빛, 소리, 진동 등 파동의 특성을 가진 모든 자극에 감응할 수 있다. 센서부(11)는 자극의 종류에 따라 각각 다른 센서 소자로 제공될 수 있다. 본 실시예로, 아날로그의 입력 인터페이스로 빛의 정보를 수신하고자 할 경우, 포토다이오드가 사용될 수 있고, 소리나 기타 물체의 진동 정보를 수신하고자 할 경우 음향센서나 압전센서가 사용될 수 있다. 센서부(11)는 하이브리드 파동 컴퓨터(1)의 사용 목적에 따라 목적하는 아날로그를 획득하기 위한 입력 장치의 형태로 이해될 수 있다. 센서부(11)는 유입된 자극을 입력 모듈(13)로 전달하여 입력 모듈(13)을 발진시킬 수 있다.
본 실시예와 같이 하이브리드 파동 컴퓨터(1)의 입력 인터페이스는 외부에서 유입되는 자극에 감응하는 과정에서 변환 과정이 배제되어 데이터의 손실을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원신호(3)의 처리과정을 나타낸다. 도 2를 참조하면 입력 모듈(13)은 압전성 기판(131), 금속 라인(133) 및 전극 포트(135)를 포함할 수 있다.
원신호(3)란 센서부(11)가 입력받아 입력 모듈(13)로 출력시키는 신호를 지칭한다. 원신호(3)는 센서부(11)의 실시예에 따라, 빛 신호, 소리 신호, 진동 신호 등 아날로그 형태의 다양한 신호 정보가 될 수 있으며, 여러 대역의 주파수가 내재된 신호가 될 수 있다.
입력 모듈(13)은 압전 소자가 마련된 기판 상에 여러 대역의 주파수가 내재된 원신호(3)가 탄성파의 형태로 전달되어, 압전 소자의 발진을 위치 별로 검출함에 따라 원신호(3)의 주파수를 분리할 수 있다.
본 실시예에서, 입력 모듈(13)은 센서부(11)로부터 전달받은 원신호(3)를 표면 탄성파의 형태로 전달할 수 있다.
표면 탄성파는 기판의 표면을 따라 전달되는 파동의 상태를 나타낸다. 표면 탄성파는 깊이 방향으로 급격히 감쇠되는 특성을 지닌다. 본 실시예에 따른 입력 모듈(13)은 주파수 선택기능 소자로서 구현될 수 있는데, 이 경우 절연성이 큰 기판에 금속 전극을 형성하여 압전을 걸면 일시적으로 기판의 표면이 뒤틀림으로써 물리적인 파를 일으키게 된다.
본 실시예에 따른 입력 모듈(13)은 전기계에서 파동 형태인 음향계로, 또는 음향계에서 전기계로 변환시키는 빗살 모양의 변환기와 함께 양측에 반사기를 배치한 1 포트 공진기를 직렬과 병렬로 구성함으로써 일정 주파수 대역을 필터링하거나 추출할 수 있도록 사다리(ladder) 형태로 제공될 수 있다. 빗살 모양의 변환기는 일 예시로서 인터디지털 트랜스듀서(IDT)가 될 수 있다.
입력 모듈(13)은 표면 탄성파를 전달하는 과정에서, 탄성파가 침투하는 매질내부는 높은 주파수를 가질수록 에너지 손실이 많아지고 이에 따른 감쇠가 많아질 수 있다. 때문에, 주파수와 매질에 대한 침투 깊이는 반비례할 수 있다. 즉, 고주파는 단거리를 침투하고 저주파는 장거리를 침투하게 되며, 입력 모듈(13)은 이러한 감쇠 특성을 이용하여 원신호(3)의 표면 탄성파를 침투거리에 따라 주파수를 특성별로 분리할 수 있다.
입력 모듈(13)은 원신호(3)를 입력받아 표면 탄성파로 변환하는 압전성(piezoelectric) 기판(131)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 입력 모듈(13)은 원신호(3)를 받아 표면 탄성파로 변환할 수 있다. 입력 모듈(13)은 압전성 기판(131)을 통해 표면 탄성파를 전송할 수 있다. 입력 모듈(13)은 표면 탄성파를 침투 깊이에 따라 분리할 수 있다. 입력 모듈(13)은 분리된 표면 탄성파를 연산 모듈(15)로 전달할 수 있다. 입력 모듈(13)은 분리된 주파수 신호를 진동의 형태로 연산 모듈(15)에 전달할 수도 있고, 분리된 주파수의 진동에 따른 전기적 신호의 형태로도 연산 모듈(15)에 전달할 수 있다. 입력 모듈(13)과 연산 모듈(15)을 연결하는 수단의 숫자와 형태는 제한되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 유동적으로 변화될 수 있다.
본 실시예에서, 압전성 기판(131)은 표면 탄성파가 진행하는 방향으로 경로를 형성할 수 있는 모든 형태로 제공될 수 있다. 일 실시예로, 압전성 기판(131)은 직육면체 형태로 제공될 수 있다. 또한, 표면 탄성파는 주파수별 침투 깊이가 다른 점을 고려하여 긴 경로가 형성된 신장된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해, 압전성 기판(131)은 'u'자 형태의 말려져 있는 형상으로 구현될 수 있다.
압전성 기판(131)은 표면에 표면 탄성파가 진행하는 방향과 수직하게 금속 라인(133)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 압전성 기판(131)은 금속 라인(133)이 형성되어 표면 탄성파의 진행시 압력에 의한 자극을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
본 실시예에서, 압전성 기판(131)은 표면 탄성파의 진행방향으로 금속 라인(133)이 일정 간격으로 이격되어 복수개 배열될 수 있다. 압전성 기판(131)에 일정 간격으로 배열된 금속 라인(133)은 금속 라인을 통과하는 표면 탄성파를 감지할 수 있다.
본 실시예에서, 압전성 기판(131)은 음파가 주파수에 따라 감쇠하는 비율이 다른 특성, 즉 주파수에 따른 침투깊이가 다른 특성을 이용하여 표면 탄성파가 전달되는 매질인 기판에 진행 방향으로 일정 간격마다 압전 재질인 금속의 코팅 라인(133)을 배열하게 되면, 해당되는 깊이 만큼에서 전기적 신호로 변환하는 금속 라인(133)이 수신하는 신호의 주파수의 합은 라인 위치마다 각각 상이하게 된다.
이를 통해, 압전성 기판(131)은 복수로 배치된 금속 라인(133)의 각 위치별 특성과, 표면 탄성파에 포함된 각 파장의 주파수별 특성을 매칭하여 표면 탄성파를 분리할 수 있다. 즉, 다시 도 2를 참조하면, 압전성 기판(131)은 고주파
Figure PCTKR2017014372-appb-I000001
를 상대적으로 원신호(3)가 입력된 지점과 이격되지 않은 지점에서 분리할 수 있다. 반면, 압전성 기판(131)은 저주파
Figure PCTKR2017014372-appb-I000002
를 상대적으로 원신호(3)가 입력된 지점과 이격된 지점에서 분리할 수 있다.
*금속 라인(133)은 상하 방향으로 고정단이 교차된 배치로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 금속 라인(133)은 서로 마주보도록 배열된 사다리 구조로 형성된다. 이 때, 금속 라인(133)은 양측에서 교대로 배열된 것으로도 이해될 수 있는데 본 명세서에서 지칭하는 고정단은 금속 라인(133)이 기판의 외측에서 타측 금속 라인 방향으로 마주보도록 배열된 시발점을 의미하는 것으로 정의하였다.
본 실시예에서, 표면 탄성파의 진행방향에 수직으로 배치된 다수의 금속 라인(133)은 일단이 고정되며, 연속적으로 배열된 각각의 금속 라인(133)은 고정단이 압전성 기판(131)의 상, 하부로 교차되어 배치될 수 있다.
전극 포트(135)는 분리된 주파수를 각각 출력시킬 수 있고, 금속 라인(133)의 고정단의 영역에 각각 배치될 수 있다.
전극 포트(135)는 금속 라인(133)에서 표면 탄성파의 자극을 통해 전달되는 전기적 신호를 연산 모듈(15)로 전달하기 위한 장치로 마련될 수 있다. 전극 포트(135)는 다수로 구비된 금속 라인(133)의 고정단에 배치되어 서로 다른 주파수 특성을 갖는 표면 탄성파로부터 전달되는 전기적 신호를 연산 모듈(15)로 전달할 수 있다. 전극 포트(135)의 형태나 개수는 제한되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다.
전극 포트(135)는 금속 라인(133)에 진행된 탄성파를 진동의 형태로 전달할 수 있는 수단이 될 수도 있고, 금속 라인(133)에 진행된 탄성파가 전기적 신호로 변환된 전류 신호를 전달하는 도선이 될 수도 있다.
연산 모듈(15)은 입력 모듈(13)에서 분리된 원신호(3)의 주파수를 입력 받고, 주파수 대역별로 파동을 증폭 또는 감쇠시키는 진동 증폭기(151) 또는 진동 감쇠기(153)를 각각 하나 이상 구비하여, 입력 받은 원신호(3)를 주파수 대역에서 연산할 수 있다.
본 실시예에서, 연산 모듈(15)은 입력 모듈(13)의 전극 포트(135)와 연결되어 분리된 주파수 정보를 입력 받을 수 있다. 연산 모듈(15)은 동일한 수의 진동 증폭기(151)와 진동 감쇠기(153)를 포함할 수 있다. 연산 모듈(15)은 분리된 주파수를 각각 진동 증폭기(151)와 진동 감쇠기(153)를 통해 연산할 수 있다. 연산 모듈(15)은 연산을 거친 주파수를 저장 모듈(17) 또는 출력 모듈(19)로 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른, 진동 증폭기(151)는 표면 탄성파에서 분리된 각각의 주파수를 증폭시킬 수 있다. 진동 증폭기(151)는 복수로 마련되어 다회선으로 입력되는 다수의 주파수를 동시에 증폭시킬 수 있다. 진동 증폭기(151)를 거쳐 연산된 주파수는 저장 모듈(17) 또는 출력 모듈(19)로 전송될 수 있다.
진동 감쇠기(153)는 표면 탄성파에서 분리된 각각의 주파수를 감쇠시킬 수 있다. 진동 감쇠기(153)는 복수로 마련되어 다회선으로 입력되는 다수의 주파수를 동시에 감쇠시킬 수 있다. 진동 감쇠기(153)를 거쳐 연산된 주파수는 저장 모듈(17) 또는 출력 모듈(19)로 전송될 수 있다.
본 실시예에서, 연산 모듈(15)은 입력 신호를 주파수의 영역에서 연산 수행함에 주목한다. 상기의 특징으로 연산 모듈(15)은 원신호(3)를 각각의 주파수 대역에서 분별하여 신호처리를 수행한다. 따라서, 연산 모듈(15)은 주파수 대역별로 복수개의 진동 증폭기(151), 또는 진동 감쇠기(153)가 각각 요구될 수 있다.
본 실시예로, 원신호(3)는 입력 모듈(13)을 통해서 고주파 대역의
Figure PCTKR2017014372-appb-I000003
신호와 저주파 대역의
Figure PCTKR2017014372-appb-I000004
신호로 분리될 수 있다. 분리된 신호는 목적하고자 하는 연산의 종류에 따라서 증폭 또는 감쇠 또는 사칙연산이 수행될 수 있다. 일 예시로, 고주파로 분리된
Figure PCTKR2017014372-appb-I000005
신호는 연산 모듈에서 증폭 또는 감쇠의 연산에 따라
Figure PCTKR2017014372-appb-I000006
또는
Figure PCTKR2017014372-appb-I000007
의 형태로 신호처리될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연산 모듈(15) 및 저장 모듈(17)을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 연산 모듈(15)은 인공신경망(159)과 같은 알고리즘이 내장된 프로세서와 연계될 수 있다. 본 실시예에서, 연산 모듈(15)은 압축센싱부(155), 디지털 변환부(157), 및 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다.
압축센싱부(155)는 원신호(3)의 분리된 주파수 대역별로 신호의 크기를 샘플링할 수 있다. 보다 구체적으로, 압축센싱부(155)는 원신호(3)의 분리된 주파수 대역별로 신호의 최고 주파수의 2배 미만의 값으로 신호를 샘플링할 수 있다.
아날로그와 같은 자연적인 신호를 디지털 신호로 만드는 과정은 디지털 변환부(157)에 내장된 ADC(Analog-to-Digital Converter)라는 장치에 의해 진행된다. 이러한 ADC 장치는 신호의 최고 주파수의 2배 이상으로 샘플링을 수행해야 다시 그 신호를 정확하게 아날로그 신호로 복원할 수 있다는 Shannon-Nyquist sampling 이론에 근거하여 만들어져 왔다.
본 실시예에서, 압축센싱부(155)가 샘플링 하는 속도는 표현할 수 있는 정보의 양에 비례한다. 반면, 본 실시예에서는 압축센싱부(155)의 구성을 통해 임의 신호를 샘플링하는 과정을 느리게 진행하더라도 '0' 값이 아닌 유의미한 데이터를 포함한 신호를 선별적으로 채택하여 신호의 훼손 없이 용이하게 주파수 샘플링을 구현할 수 있다. 본 실시예에 따른 압축센싱부(155)는 Nyquist rate 이상으로 신호를 샘플링하지 않아도, sparse 신호(대부분의 값이 0인 신호)를 아주 적은 수의 선형측정 만으로 원신호를 복원시키는 CS 이론에 근거하여 비교적 적은 속도로 샘플링이 가능하다.
디지털 변환부(157)는 압축센싱부(155)에서 샘플링 된 신호의 크기를 이진화하여 디지털로 변환할 수 있다.
본 실시예에서, 디지털 변환부(157)가 변환시킨 정보는 디지털 방식을 채택하는 프로세스 혹은 프로그램과 호환될 수 있으며, 이를 통해 하이브리드 파동 컴퓨터(1)의 활용성이 더욱 향상될 수 있다. 디지털 변환부(157)는 인공신경망(159) 또는 출력 모듈(19)로 이전화된 디지털 데이터를 전달할 수 있다.
또한, 디지털 변환부(157)는 주파수 특성에 따라 전달되는 신호를 각각 이진화 하여 변환할 수 있다. 이는, 추후 저장 모듈(17)의 저장 프로세스의 효율을 높이기 위한 초석으로 활용될 수 있다. 또한, 프로세서로 제공되어 기계학습의 기초자료를 선택적으로 선별할 수 있도록 데이터를 제공할 수 있다.
프로세서는 인공신경망 알고리즘이 내재되어 디지털 변환부(157)에서 출력되는 원신호(3)의 주파수 대역별 신호의 크기를 입력 받아 기계학습을 통해 출력 정보를 생성할 수 있다.
프로세서는 디지털 변환부(157)에서 주파수 특성에 따라 분리되어 이진화된 신호의 크기를 선택적으로 입력 받을 수 있으며, 이를 통해 다양한 조합의 입력값을 기초로 한 기계학습을 수행할 수 있다. 프로세서는 인공신경망 알고리즘의 수행을 통하여 산출된 산물을 출력 모듈(19)로 전달할 수 있다. 또한, 프로세서는 인공신경망 알고리즘을 통하여 학습함으로써 실시간으로 다양한 정보를 추출할 수 있다.
저장 모듈(17)에서는 연산 모듈(15)에서 이진화된 주파수 정보가 디지털 정보로 저장할 수 있다.
저장 모듈(17)은 연산 모듈(15)로부터 전기적으로 변환되어 전달받은 원신호(3)의 주파수 정보를 저장할 수 있다. 저장 모듈(17)은 전기적으로 변환된 데이터를 저장할 수 있는 모든 형태로 제공될 수 있다. 일 실시예로, 저장 모듈(17)은 전기적으로 변환된 데이터를 반도체를 이용하여 저장할 수 있는 중앙처리장치(CPU), 램(RAM) 및 SSD(Solid State Drive)와 같은 디지털 컴퓨터에서 사용되는 기기가 포함된 형태로 제공될 수 있다. 다른 실시예로, 저장 모듈(17)은 자기(magnetism)를 이용한 하드디스크(HDD) 및 자기테이프 등이 포함된 형태로 제공될 수 있다.
저장 모듈(17)은 이진화된 주파수 정보를 주파수 대역별로 구분하여 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 음위상 지도(Tonotopic Map)의 해부학적 모형도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 뇌가 서로 주파수 특성이 다른 각각의 소리정보를 해부학적으로 상이한 위치에 저장하는 방식과 유사하게, 저장 모듈(17)은 디지털 변환부(157)에서 독립적으로 이진화된 원신호(3)의 주파수별 데이터를 상이한 공간에 저장할 수 있다. 이는 컴퓨터 형태가 인간의 형태를 모사하여 프로세스를 진행할 수 있음을 의미하며, 본 실시예에 따른 하이브리드 파동 컴퓨터(1)는 소리를 주파수 대역별로 분할하는 달팽이관의 기능을 입력 모듈(13)이 수행할 수 있으며, 분리된 주파수 대역별로 신호의 크기를 디지털화 및 저장하여 저장 모듈(17)의 구조와 연산 모듈(15)의 데이터 처리는 인체의 감각기관 및 뇌의 기능을 모사하기에 적합하도록 구현될 수 있다.
출력 모듈(19)은 연산 모듈(15)로부터 전기적으로 변환되어 전달받은 원신호(3)의 주파수 정보를 다양한 형태로 출력할 수 있다. 일 실시예로, 전기적으로 변환된 주파수 정보를 시각적으로 확인할 수 있는 형태로 출력할 수 있다. 다른 실시예로, 전기적으로 변환된 주파수 정보를 청각적으로 확인할 수 있는 형태로 출력할 수 있다. 이처럼, 출력 모듈(19)을 통해 출력되는 정보는 형태나 특성이 제한되지 않으며 다양한 방식으로 출력되어 사용자에게 인식될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
[부호의 설명]
1: 하이브리드 파동 컴퓨터
11: 센서부
13: 입력 모듈
131: 압전성 기판
133: 금속 라인
135: 전극 포트
15: 연산 모듈
151: 진동 증폭기
153: 진동 감쇠기
155: 압축센싱부
157: 디지털 변환부
159: 인공신경망
17: 저장 모듈
19: 출력 모듈
3: 원신호
본 발명은, 주파수 성분으로 정보를 감응하는 센서부와 센서부로부터 전달받은 정보를 바탕으로 이산 계산에 대비되는 주파수 성분에 근거한 파동계산이 가능한 입력 모듈을 포함한 물리 가상공간 완전연결 인터필(interfeel) 플랫폼을 구현한다.
본 발명에 따르면, 표면 탄성파의 감쇠 특성을 이용하여 아날로그의 신호를 입력 모듈이 주파수 대역별로 분리하고, 주파수 대역의 신호를 입력 값으로 인터페이스에 필요한 연산이 수행되어 별도의 퓨리에 변환 과정 없이 주파수 대역에서 정보를 연산한다. 또한, 저장 모듈에는 주파수 대역 별 신호의 정보가 구분되어 디지털로 저장되기 때문에, 인공신경망 등의 알고리즘과도 연계가 가능하다.
이로써, 본 발명은 기존의 사용자 입력 또는 단일 센서 정보의 처리에 나아가 아날로그의 입력 기능이 강화되고, 인체의 감각 기관 및 뇌를 모사한 정보처리가 가능한 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 입력된 원신호를 주파수 정보로 계산하는 하이브리드 파동 컴퓨터에 있어서,
    압전 소자가 마련된 기판 상에 여러 대역의 주파수가 내재된 상기 원신호가 탄성파의 형태로 전달되어, 상기 압전 소자의 발진을 위치 별로 검출함에 따라 상기 원신호의 주파수를 분리하는 입력 모듈;
    상기 입력 모듈에서 분리된 상기 원신호의 주파수를 입력 받고, 주파수 대역별로 파동을 증폭 또는 감쇠시키는 진동 증폭기 또는 진동 감쇠기를 각각 하나 이상 구비하여, 입력 받은 상기 원신호를 주파수 대역에서 연산하는 연산 모듈; 및
    상기 연산 모듈에서 이진화된 주파수 정보가 디지털 정보로 저장하는 저장 모듈을 포함하여,
    상기 원신호가 파동의 형태로 인터페이스 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부 환경에 감응하여 상기 입력 모듈을 발진시키는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 모듈은,
    상기 원신호를 입력받아 표면 탄성파로 변환하는 압전성(piezoelectric) 기판을 포함하고,
    상기 압전성 기판은 표면에 상기 표면 탄성파가 진행하는 방향과 수직하게 금속 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압전성 기판은,
    상기 금속 라인이 일정 간격으로 복수개 배열되고, 상기 금속 라인은 상하 방향으로 고정단이 교차된 배치로 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력 모듈은,
    분리된 주파수를 각각 출력시키는 전극 포트를 더 포함하고,
    상기 전극 포트는 상기 고정단의 영역에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 모듈은,
    상기 원신호의 분리된 주파수 대역별로 신호의 크기를 샘플링하는 압축센싱부; 및
    상기 압축센싱부에서 샘플링된 신호의 크기를 이진화하여 디지털로 변환하는 디지털 변환부를 포함하고,
    상기 압축센싱부는 상기 원신호의 분리된 주파수 대역별로 신호의 최고 주파수의 2배 미만의 값으로 신호를 샘플링하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연산 모듈은,
    인공신경망 알고리즘이 내재된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 디지털 변환부에서 출력되는 상기 원신호의 주파수 대역별 신호의 크기를 입력받아 기계학습을 통해 출력 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 모듈은,
    이진화된 상기 주파수 정보를 주파수 대역별로 구분하여 저장하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파동 컴퓨터.
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