Wstęp do MikroSystemów (WMS)

Transkrypt

1 Zima 2008r. Wstęp do MikroSystemów (WMS) Prof. Beck Zima 2008r. dr inŝ. Zbigniew Pióro Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW Gmach Elektroniki, pokój 362, tel zbyszekp@acn.waw.pl z.pioro@imio.pw.edu.pl Terminy kartkówek: listopada stycznia (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 1 materiały: pmik.imio.pw.edu.pl (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 2 New Discipline MEMS Engineers Exploit known biology to implement micro sensors and actuators to control insect behavior Biologists Provide biology to MEMS engineers to exploit maybe discover new biology "Scientists study the world as it is, engineers create the world that never has been." -- Theodore von Kármán (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 3 Odkrycia a wynalazki Theodore von Kármán ( ) Creation of Insect Cyborg Engineering Discipline "Scientists discover the world that exists; engineers create the world that never was." Theodore Von Karman (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 4 Amit Lal, Hybrid Insect MEMS Proposer s Day, DARPA-MTO, 2006 Jaki Świat stworzą inŝynierowie?! I czy będzie On rzeczywiście piękny? Zobaczmy! Troszkę o Waszym przyszłym Ŝyciu -być moŝe równieŝ zawodowym. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 5 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 6 1

2 Just think... Issue to think about : The half-life of an engineering degree was two years. 2002: The half-life of a medical degree is 7 months. 80% of the jobs current high school students will apply for right out of college do not exist today. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 7 ORNL - Oak Ridge National Laboratory (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 8 ORNL - Oak Ridge National Laboratory Memento...! MICROCHIP 2008, WORLDWIDE SALES AND SERVICE Ameryka 10 EUROPA 8 CHINY 12 AZJA (bez Chin) 16 The terrifying Imbalance between Asia & USA Last year China and India graduated 500k engineers We graduated 90k engineers BUT 40k of those returned to Asia. yr/yr imbalance of 500k engineers/yr. And now consider their passion to get ahead we have been blocked from participating for 50 years, this is now our chance. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 9 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 10 John Seely Brown, Learning In The Digital Age (21st Century) Power of technology progress We dramatically underestimate the power of future technology progress: We tend think of a future period at today s rate of progress our memories are dominated by our recent experience. But we are doubling our rate of progress every ten years So in this century we will experience 20,000 years of progress at today s rate. Jak będzie wyglądał Świat gdzieś w okolicy roku? według Raya Kurzweila (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 11 Gérald Santucci, Towards the Internet of Things, Comment from an EU perspective, 2007 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd

3 Kto to jest Ray Kurzweil? Ray Kurzweil był głównym konstruktorem: pierwszego omnifontowego systemu rozpoznawania znaków, pierwszej maszyny text-to-speech dla niewidzących, pierwszego płaskiego skanera CCD, pierwszego syntezera text-to-speech, pierwszego komercyjnego systemu rozpoznawania mowy z duŝym słownikiem, pierwszego syntezera muzyki umoŝliwiającego naśladowanie duŝego pianina i innych klasycznych instrumentów. Kto to jest Ray Kurzweil (c.d.) Ray załoŝył, rozwinął i sprzedał 4 firmy z dziedziny AI (Artificial Intelligence) zajmujące się technologiami OCR, syntezy muzyki, rozpoznawania mowy i czytania. Wszystkie te technologie są do dziś liderami na rynku. Ray Kurzweil otrzymał Lemelson- MIT Prize w wysokości $ Jest to najwyŝsza na świecie nagroda w dziedzinie inwencji i wynalazczości. W 1999 r. otrzymał National Medal of Technology, najwyŝsze odznaczenie w technologii, z rąk Prezydenta Clintona. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 13 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 14 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 15 Kto to jest Ray Kurzweil (c.d.) Otrzymał 10 doktoratów honorowych i odznaczeń od trzech Prezydentów USA. Otrzymał 7 narodowych i międzynarodowych nagród filmowych. Jego ksiąŝka, The Age of Intelligent Machines, została uznana najlepszą ksiąŝką roku 1990 z dziedziny nauk komputerowych. Jego ksiąŝka, The Age of Spiritual Machines, When Computers Exceed Human Intelligence, została przetłumaczona na 9 języków i była prawdziwym bestsellerem rynkowym. Itd., itp.. Prognoza Raya Kurzweila - rok 2019 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 16 Rok prognoza Raya Kurzweila Moc obliczeniowa Komputery osiągną szybkość 20 kwadrylionów (10 15 ) operacji na sekundę - równą szybkości działania ludzkiego mózgu. Komputer o wartości 1.000$ (w dolarach roku 1999) będzie miał moŝliwości porównywalne ze zdolnością obliczeniową ludzkiego mózgu. Zgodnie z prawem Moore a, standardowy komputer osobisty osiągnie do roku 2020 moc obliczeniową ludzkiego mózgu - 20 milionów miliardów neuronowych obliczeń na sekundę (100 miliardów neuronów x średnio połączeń z innymi neuronami x 200 obliczeń na sekundę na połączenie). -- Ray Kurzweil, The Age of Spiritual Machines Mózg nie ma swojego prawa Moore a!!! (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 17 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 18 3

4 Moc obliczeniowa Rok prognoza Raya Kurzweila (#2) OSOBLIWOŚĆ? Jesteśmy w połowie drogi pomiędzy Osobistym Komputerem a Osobistym Mózgiem singularity Moc obliczeniowa [operacje/sek/1000$] 1.E+15 Petaflops/1000 $ 1.E+12 1.E+09 podwajanie co Op./sek/1000$ 1,4 roku 1.E+06 1.E+03 1.E+00 podwajanie co podwajanie co 3,2 roku 10 lat 1.E-03 1.E ~2028 Internet 3D Osobiste multimedia Osobisty Internet Osobisty komputer Osobisty mózg Bez zmiany paradygmatu (klasyczne reguły skalowania krzemu do 2017) Większość komputerów będzie niezauwaŝalna i wbudowana wszędzie w ściany, stoły, krzesła, biurka, ubrania, a takŝe w nasze ciała (Ambient Intelligence). (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 19 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 20 Rok prognoza Raya Kurzweila (#3) Rok prognoza Raya Kurzweila (#4) Trójwymiarowe wyświetlacze wirtualnej rzeczywistości, wbudowane w okulary i soczewki kontaktowe, a takŝe aparaty słuchowe, wykorzystywane będą rutynowo jako podstawowe interfejsy do komunikacji z innymi osobami, komputerami, Siecią oraz Wirtualnymi Światami. Większość interakcji z komputerami będzie odbywała się za pomocą gestów i komunikacji dwustronnej w naturalnym języku. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 21 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 22 Rok prognoza Raya Kurzweila (#5) Rok prognoza Raya Kurzweila (#6) Wirtualna rzeczywistość, oparta o trójwymiarowy dźwięk i obraz wysokiej rozdzielczości, a takŝe dookólne realistyczne otoczenie dotykowe, umoŝliwi ludziom wirtualne wykonywanie dowolnych rzeczy z dowolnymi osobami niezaleŝnie od fizycznej odległości. Maszyny powstałe przy uŝyciu nanoinŝynierii będą wykorzystywane w przemyśle oraz do kontroli procesów. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 23 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 24 4

5 Rok prognoza Raya Kurzweila (#7) Rok prognoza Raya Kurzweila (#8) Papierowe ksiąŝki i dokumenty będą uŝywane rzadko, a uczenie się będzie nadzorowane głównie przez inteligentne oprogramowanie symulujące nauczycieli. Osoby ociemniałe będą rutynowo korzystały z wmontowanych w okulary systemów umoŝliwiających czytanie. Osoby nie słyszące będą mogły czytać to, co mówią inni ludzie dzięki wyświetlaczom w swoich soczewkach kontaktowych. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 25 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 26 Bionic eyes: Contact lenses with circuits, lights a possible platform for superhuman vision Rok prognoza Raya Kurzweila (#8a) Osoby upośledzone ruchowo będą w stanie spacerować oraz poruszać się po schodach dzięki kombinacji kontrolowanych przez komputer stymulacji nerwów i urządzeń rodem z robotyki tworzących szkielet zewnętrzny. News and Information Jan. 17, 2008 University of Washington (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 27 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 28 Rok prognoza Raya Kurzweila (#9) Rok prognoza Raya Kurzweila (#10) Ogromna większość transakcji będzie odbywała się z wykorzystaniem symulowanych osób. Na większości dróg będą zainstalowane zautomatyzowane systemy prowadzenia samochodu. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 29 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 30 5

6 Rok prognoza Raya Kurzweila (#11) Rok prognoza Raya Kurzweila (#12) Ludzie zaczną tworzyć relacje ze sztucznymi osobowościami i traktować je jak kolegów, nauczycieli, opiekunów i kochanków. We wszystkich dziedzinach sztuki pojawią się Wirtualni Artyści posiadający swoją własną sławę. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 31 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 32 Ray Kurzweil i Ramona Rok prognoza Raya Kurzweila (#13) Ogólnie dostępne będą raporty o komputerach przechodzących test Turinga*, aczkolwiek testy te nie będą spełniały kryteriów stawianych przez obserwatorów znających się na rzeczy. Rok prognoza Raya Kurzweila (#14) Itd., itp.. * Test Turinga jest propozycją testu moŝliwości maszyny do ludzkiej konwersacji. Opisany przez Alana Turinga w 1950r. w artykule "Computing machinery and intelligence" realizowany jest następująco: człowiek-juror zostaje zaangaŝowany w rozmowę w naturalnym języku z dwoma uczestnikami - człowiekiem i maszyną; jeŝeli juror nie jest w stanie pewnie odróŝnić kto jest kto, wówczas mówi się, Ŝe maszyna przeszła test. Zakłada się, Ŝe zarówno maszyna jak i człowiek starają się być człowiekiem. W celu uczynienia testu prostym i uniwersalnym (wyłączenia testowania moŝliwości lingwistycznych niektórych maszyn), konwersacja jest ograniczona wyłącznie do kanału tekstowego. (wg. wikipedia.org) (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 33 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 34 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#1) c.d. prognozy Raya Kurzweila - rok 2029 Jednostka obliczeniowa o wartości 1.000$ (w dolarach roku 1999) będzie miała moŝliwości obliczeniowe około ludzkich mózgów.? 1 ludzki mózg = 1$ (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 35 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 36 6

7 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#2) Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#3) Trwałe lub usuwalne implanty oczu (podobne do soczewek kontaktowych) jak równieŝ implanty ślimaka (słuch) będą uŝywane jako wejście i wyjście w komunikacji pomiędzy człowiekiem i Siecią komputerową o Światowym zasięgu. Dopracowane zostanie bezpośrednie połączenie neuronowe dając szerokopasmową komunikację z ludzkim mózgiem. Dostępna będzie pewna liczba implantów wzbogacająca percepcję wizualną, audio a takŝe interpretację, pamiętanie, oraz rozumowanie. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 37 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 38 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#4) Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#5) Automatyczni agenci będą uczyli się sami; przez maszyny stworzona zostanie znacząca wiedza, bez, lub z niewielką interwencją człowieka. Komputery przeczytały całą dostępną literaturę i materiały multimedialne stworzone zarówno przez człowieka jak i maszyny. Szeroko wykorzystywana będzie komunikacja wizualna, akustyczna i dotykowa, wykorzystująca bezpośrednie połączenie neuronowe, umoŝliwiając występowanie wirtualnej rzeczywistości bez konieczności przebywania w "total touch enclosure." (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 39 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 40 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#6) Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#7) Większość komunikacji nie będzie angaŝowała człowieka. Komunikacja angaŝująca człowieka to głównie komunikacja między człowiekiem i maszyną. Człowiek nie będzie praktycznie angaŝowany w produkcję, rolnictwo, czy transport. Podstawowe potrzeby Ŝyciowe będą DOSTĘPNE dla zdecydowanej większości ludzi (!!!!!!!!!). (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 41 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 42 7

8 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#8) Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#9) Narastać będzie dyskusja o prawach autorskich komputerów i tym, co oznacza być człowiekiem. Pomimo Ŝe komputery będą rutynowo przechodziły przeprowadzone prawidłowo testy Turinga, będzie utrzymywała się kontrowersja czy inteligencja komputerów równa jest ludzkiej we wszystkich jej przejawach. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 43 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 44 Rok 2029 c.d. prognozy Raya Kurzweila (#10) Stworzymy więc HAL-a 9000 z jego radami. Maszyny będą twierdziły, Ŝe mają świadomość. Twierdzenie to będzie szeroko akceptowane. Czy przybliŝymy się do zrozumienia Monolitu? (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 45 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 46 Edukacja Czy moŝemy to po prostu wyłączyć? Tell me and I will forgot. Show me and I may remember. Involve me and I will understand. Powiedz mi, a zapomnę. PokaŜ mi, a moŝe zapamiętam. ZaangaŜuj mnie, a zrozumiem. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 48 - Konfucjusz 8

9 Coś się w tym zakresie juŝ dzieje Virtual Reality Interagency Working Group on Advanced Technologies for Education and Training National Science and Technology Council VISIONS 2020 Transforming Education and Training Through Advanced Technologies Iona wchodzi do Tangitreka Iona obserwuje z bliska prehistoryczne pisklę wydobywające się z jajka. MoŜe widzieć, słyszeć, czuć i dotykać symulowane obiekty i otoczenie. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 49 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 50 Diana Walczak, Encompassing Education, Kleiser-Walczak Virtual Reality Edukacja 2020 Lekcja historii Tangitrek Integrated Media Systems Center The University of Southern California Lekcja prehistorii Lekcja chemii Partnerzy: Eastman Kodak, FX Palo Alto, Hewlett- Packard, IBM, Intel, Lockheed Martin, Microsoft, NCR, Northrop Grumman, NASA, NASA's Jet Propulsion Laboratory, Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA). (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 51 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 52 A key challenge: Finding ways to have the virtual augment (not replace) the physical. Augmented Reality Physical Virtual (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 53 Ah, getting the best of both worlds. Let alone the synergy! (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 54 J. S. Brown, The social life of information - Learning in the digital age 9

10 THE DISAPPEARING COCKPIT: (IST MULTIPLEYE) THE DISAPPEARING COCKPIT: EYEGLASS-INTERFACES ADVANTAGES OVER THE CONVENTIONAL DASHBOARD: optimal information delivery low-cost reconfigurability (providing easier personalization) augmented reality for vision enhancement assisted navigation PROSPECTIVE ENHANCEMENTS passive eye-tracking for minimal information load active eye-tracking for hands-free control integrated biometric monitoring (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 55 Poczwórny czujnik w Mercedesie (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 56 IDEO - Welcome to 2010 IDEO - Welcome to 2010 What are some of the key technologies that IDEO believes will evolve and lead to a new generation of products? Flexible LCDs. Think about it. The ability to pull out a large screen from a cell phone or a tubular scroll cuts the cord to desktop computers. The mobile Net, today more of a European than an American vision, becomes a reality. Artificial Intelligence. Return from vacation today and hundreds of messages await. Maybe a quarter are useful. In a decade, data will drown us. AI software will filter, prioritize, and communicate. Holography. A tenfold jump in the size of current holographic images changes communication forever. Faster processing speeds will permit huge numbers of pixels, which generate moving 3-D images in real time. Speech recognition. It moves from a gimmick to an absolute necessity as the need to communicate with huge numbers of people makes typing obsolete. As communication returns to speech, boxy screens disappear and the shape of things morph. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 57 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 58 Welcome to 2010 Call My Agent Phones will be low-powered, lightweight, ear-mounted, and equipped with one follow-you phone number. It connects to the Net via the Agent PDA. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 59 As you write with this pen, it captures your scrawled messages and beams them to your Agent PDA or your Tube rollup monitor. IDEO (Designer of the Palm V), Envisions Products of the Future (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 60 The Personal Digital Assistant of the future will do a lot more than organize our schedules and plan our days. In an overwhelming sea of data and messages, the Agent will use rudimentary artificial intelligence to sort, store, and forward info and messages based on individual priorities, preferences, and interests. It will interact with the earphone and all digital devices at work and at home, connecting them to the Net and instantly updating them. Say goodbye to money, keys, credit cards, beepers, and TV remotes. 10

11 Call My Agent The Tube It is tomorrow's laptop. Thumbprints will replace credit-card numbers, I.D. numbers, mothers' maiden names, and the stream of forgettable passwords needed to do business on the Web. The Agent will be debit and credit card in one; e- cash at last. By using new scanning technology that verifies the user's thumb-print, the Agent will open doors to cars, homes, and offices. It will secure access to your personal databases, such as online medical records, and guarantee their privacy. Skin Game Voice recognition makes a keyboard optional and a flexible liquid-crystal display changes the form from a square to a scroll that rolls out. Low voltage lets a pared-down processor do most tasks, and wireless access connects you to the Net for such heavy-duty applications as language translation. Advances in electro- and thermochromatic technologies will permit people to change the skins of their Agents and express their individuality. Colors, patterns, and even textures will be alterable to reflect personal taste. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 61 A flexible LCD provides a large screen to read any Webbased information, anywhere at any time. Dials on the tube itself show messages or data received. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 62 THIN IS IN Comfort Zone In a completely wireless world, control over private space will be at a premium. Cell phones will be ringing and screens will be flashing, drowning people in a sea of data. Eyewear can provide a cone of silence and a zone of privacy. A display on the eyewear will show sensitive foryour-eyes-only information. A variable-tint lens coating will darken as low voltage is applied to it. Computer displays and TV monitors are replaced by one lightweight, flat LCD panel that can be placed on a desk or hung on a wall. Your Agent pulls up your personal desktop configuration for work or for play. And so do the Agents for each member of your work team or family. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 63 (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 64 Noise is controlled through optional earpieces that electronically mute sound waves. Reconfiguring the earpiece and display can give you a movie theater for one. Smart Cubicles MEDICAL MIRROR Workstations open completely, and the space becomes "alive," with computing and communication technology embedded in furniture and walls. Desks become optional as interactive screens hang from canopies, programmed to do documents, multimedia, spreadsheets, or ambient art. Smart chairs cancel noise and maximize comfort. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 65 Online medicine becomes practical with a device that measures vital signs daily. A camera and LCD screen analyze skin color and provide a real-time link to doctors. "Point-at-what-hurts" interaction aids diagnosis. The device lets you monitor your parents' health, too. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 66 11

12 Augustine's Laws: Law Number XIV After the year 2015, there will be no airplane crashes. There will be no takeoffs either, because electronics will occupy 100 percent of every airplane's weight. (C) Z.Pióro, WMS_w1, zima 2008, slajd 67 12