Wstęp do MikroSystemów (WMS)pmik.imio.pw.edu.pl/pliki/WMS/WMS_1.pdf · 1 (C) Z.Pióro,...

1

(C) Z.Pióro, „WMS_w1”, zima 2008, slajd 1

Wstęp do MikroSystemów (WMS)Wstęp do MikroSystemów (WMS)

dr inŜ. Zbigniew PióroInstytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW

Gmach Elektroniki, pokój 362, tel.0-22-234-7907e-mail: [email protected]

[email protected]

Zima 2008r.Zima 2008r.

materiały: pmik.imio.pw.edu.pl(C) Z.Pióro, „WMS_w1”, zima 2008, slajd 2

Zima 2008r.

22 99 1616 2323 3030 66 1313 2020 2727 44 1111 1818 2525 11 88 1515 2222

Terminy kartkówek:

1. 13. listopada

2. 22. stycznia

Prof. Beck


"Scientists study the world as it is, engineers create the world that never has been."

-- Theodore von Kármán

Theodore von Kármán (1881-1963)

Odkrycia a wynalazki(C) Z.Pióro, „WMS_w1”, zima 2008, slajd 4

New Discipline

MEMS Engineers

Exploit known biology to

implement micro

sensors and actuators to

control insect behavior

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

Biologists

Provide biology to MEMS

engineers to exploit –

maybe discover new

biology

Creation of Insect

Cyborg Engineering

Discipline

Creation of Insect

Cyborg Engineering

Discipline

"Scientists discover the world that exists;

engineers create the world that never

was." —Theodore Von Karman

"Scientists discover the world that exists;

engineers create the world that never

was." —Theodore Von Karman

Amit Lal, Hybrid Insect MEMS Proposer’s Day, DARPA-MTO, 2006


I czy będzie On rzeczywiście piękny?

Zobaczmy!

Jaki Świat stworzą inŜynierowie?!


Troszkę o Waszym przyszłym Ŝyciu-być moŜe –

równieŜ zawodowym.

2


Just think...

� 1998: The half-life of an engineering degree was two years.

� 2002: The half-life of a medical degree is 7 months.

ORNL - Oak Ridge National Laboratory (C) Z.Pióro, „WMS_w1”, zima 2008, slajd 8

Issue to think about...

� 80% of the jobs current high school

students will apply for right out of college do

not exist today.

ORNL - Oak Ridge National Laboratory


Memento ....!

MICROCHIP

2008, WORLDWIDE SALES AND SERVICE

16AZJA (bez Chin)

12CHINY

8EUROPA

10Ameryka


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.

John Seely Brown, „Learning In The Digital Age (21st Century)”

And now consider their passion to get ahead –“we have been blocked from participating for 50 years, this is now our chance.”


Power of technology progress

We dramaticallyunderestimate the power offuture technology progress:

We tend think of a futureperiod at today’s rate ofprogress…

our memories are dominatedby our recent experience.

But we are doubling our rate of progress every ten years…

Gérald Santucci, „Towards the Internet of Things”, Comment from an EU perspective, 2007

So in this century we willexperience 20,000 years of progress at today’s rate.


Jak będzie wyglądał Świat gdzieś w okolicy 2020. roku?

według Raya Kurzweila

Jak będzie wyglądał Świat gdzieś w okolicy 2020. roku?

według Raya Kurzweila

www.kurzweilai.net

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 pia-nina 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 $500.000.

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.


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


Rok 2019 - prognoza Raya Kurzweila

� Komputer o wartości 1.000$ (w dolarach roku

1999) będzie miał moŜliwości porównywalne ze

zdolnością obliczeniową ludzkiego mózgu.


Moc obliczeniowa

Mózg nie ma swojego prawa Moore’a !!!

Komputery osiągną szybkość 20 kwadrylionów (1015) operacji na sekundę - równą szybkości działania ludzkiego mózgu.

Zgodnie z prawem Moore‘a, standardowy komputer osobisty osiągnie do roku 2020 moc obliczeniowąludzkiego mózgu - 20 milionów miliardów neuronowych obliczeń na sekundę (100 miliardów neuronów x średnio 1.000 połączeń z innymi neuronami x 200 obliczeń na sekundę na połączenie).

-- Ray Kurzweil, The Age of Spiritual Machines

4


Moc obliczeniowa

1.E-06

1.E-03

1.E+00

1.E+03

1.E+06

1.E+09

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

podwajanie co10 lat

podwajanie co3,2 roku

podwajanie co 1,4 rokuOp./sek/1000$

1.E+12

1.E+15

~2028

Osobisty komputerOsobisty komputer

OsobistyInternetOsobistyInternet

OsobistemultimediaOsobistemultimedia

Internet 3DInternet 3D

Osobisty mózg

Osobisty mózg

Petaflops/1000 $

OSOBLIWOŚĆ?

Moc oblicze

niow

a [operacje/sek/1000

$]

Jesteśmy w połowie drogi pomiędzy

Osobistym Komputerem a Osobistym Mózgiem

singularitysingularity

Bez zmiany paradygmatu(klasyczne reguły skalowania

krzemu do 2017)


Rok 2019 - prognoza Raya Kurzweila (#2)

�Większość komputerów będzie niezauwaŜalna i

wbudowana wszędzie – w ściany, stoły, krzesła,

biurka, ubrania, a takŜe w nasze ciała (AmbientIntelligence).



� 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.



�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.

5



� 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.


Bionic eyes: Contact lenses with circuits, lights a possible platform for superhuman vision

News and InformationJan. 17, 2008

University of Washington


Rok 2019 - 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.



�Ogromna większość transakcji będzie odbywała się z wykorzystaniem symulowanych osób.



�Na większości dróg będą zainstalowane zautomatyzowane systemy prowadzenia samochodu.

6



� 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.

Ray Kurzweil i Ramona



�Ogólnie dostępne będą raporty o komputerach

przechodzących test Turinga*, aczkolwiek testy

te nie będą spełniały kryteriów stawianych przez

obserwatorów znających się na rzeczy.

* 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)



� Itd., itp..


c.d. prognozy Raya Kurzweila - rok 2029


Rok 2029 – c.d. prognozy Raya Kurzweila (#1)

� Jednostka obliczeniowa o wartości 1.000$ (w

dolarach roku 1999) będzie miała moŜliwości

obliczeniowe około 1.000 ludzkich mózgów.

� Jednostka obliczeniowa o wartości 1.000$ (w

dolarach roku 1999) będzie miała moŜliwości

obliczeniowe około 1.000 ludzkich mózgów.

1 ludzki mózg = 1$1 ludzki mózg = 1$??

7



� 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.

� 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.

� 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.



� 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.

� 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."

� Szeroko wykorzystywana będzie komunikacja

wizualna, akustyczna i dotykowa, wykorzystująca

bezpośrednie połączenie neuronowe, umoŜliwiając

występowanie wirtualnej rzeczywistości bez

konieczności przebywania w "total touch

enclosure."



� Większość komunikacji nie będzie angaŜowała

człowieka. Komunikacja angaŜująca człowieka to

głównie komunikacja między człowiekiem i

maszyną.

� 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 (!!!!!!!!!).

� Człowiek nie będzie praktycznie angaŜowany w

produkcję, rolnictwo, czy transport. Podstawowe

potrzeby Ŝyciowe będą DOSTĘPNE dla

zdecydowanej większości ludzi (!!!!!!!!!).

8



� Narastać będzie dyskusja o prawach

autorskich komputerów i tym, co oznacza

„być człowiekiem”.

� 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.

� Pomimo Ŝe komputery będą rutynowo

przechodziły przeprowadzone prawidłowo testy

Turinga, będzie utrzymywała się kontrowersja

czy inteligencja komputerów równa jest

ludzkiej we wszystkich jej przejawach.



� Maszyny będą twierdziły, Ŝe mają świadomość.

Twierdzenie to będzie szeroko akceptowane.

� Maszyny będą twierdziły, Ŝe mają świadomość.

Twierdzenie to będzie szeroko akceptowane.


Stworzymy więc HAL-a 9000 z jego radami.

Czy przybliŜymy się do zrozumienia Monolitu?

Czy przybliŜymy się do zrozumienia Monolitu?

Czy moŜemy to po prostu wyłączyć?

Czy moŜemy to po prostu wyłączyć?


Edukacja

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.

- Konfucjusz- Konfucjusz

9


Coś się w tym zakresie juŜ dzieje

Interagency Working Group on Advanced Technologiesfor Education and Training

National Science and Technology Council

„VISIONS 2020 Transforming Education and Training Through

Advanced Technologies”

„VISIONS 2020 Transforming Education and Training Through

Advanced Technologies”


Virtual Reality

Diana Walczak, „Encompassing Education”, Kleiser-Walczak

Iona wchodzi do Tangitreka

Iona obserwuje z bliska prehistoryczne pisklęwydobywające się z jajka. MoŜe widzieć, słyszeć, czuć i dotykać symulowane obiekty i otoczenie.


Virtual Reality

TangitrekTangitrekLekcja historiiLekcja historii

Lekcja prehistoriiLekcja prehistoriiLekcja chemiiLekcja chemii


Edukacja 2020

Integrated Media Systems Center

The University of Southern California

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).


Augmented Reality


A key challenge: Finding ways to have the virtual augment (not replace) the physical.

Ah, getting the best of both worlds.Let alone the synergy!

J. S. Brown, „The social life of information - Learning in the digital age”

Physical

Virtual

10


ADVANTAGES OVER THE CONVENTIONAL DASHBOARD:� optimal information delivery� low-cost reconfigurability (providing easier personalization)� augmented reality for vision enhancement� assisted navigationPROSPECTIVE ENHANCEMENTS� passive eye-tracking for minimal information load� active eye-tracking for hands-free control� integrated biometric monitoring

THE DISAPPEARING COCKPIT: (IST-2001-35108 – MULTIPLEYE)

Poczwórny czujnik w Mercedesie


THE DISAPPEARING COCKPIT: EYEGLASS-INTERFACES


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

e-mail messages await. Maybe a quarter are useful. In a decade, data

will drown us. AI software will filter, prioritize, and communicate.

http://msnbci.businessweek.com/2000/00_10/designtoc.htm (C) Z.Pióro, „WMS_w1”, zima 2008, slajd 58

IDEO - Welcome to 2010

�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.


Welcome to 2010

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.

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

Call My AgentThe 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.

11


Call My Agent

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

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.


The Tube

A flexible LCD provides a large screen to read any Web-based information, anywhere at any time. Dials on the tube itself show messages or data received.

It is tomorrow's laptop.

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.


THIN IS IN

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.


Comfort Zone

Noise is controlled through optional earpieces that electronically mute sound waves. Reconfiguring the earpiece and display can give you a movie theater for one.

A display on the eyewear will show sensitive for-your-eyes-only information. A variable-tint lens coating will darken as low voltage is applied to it.

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.


Smart Cubicles

Workstations open completely, and the space becomes "alive," with computing and communication technology embedded in furniture andwalls. Desks become optional as interactive screens hang from canopies, programmed to do documents, multimedia, spreadsheets, or ambientart. Smart chairs cancel noise and maximize comfort.


MEDICAL MIRROR

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.

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.

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.

Wstęp do MikroSystemów (WMS)pmik.imio.pw.edu.pl/pliki/WMS/WMS_1.pdf · 1 (C) Z.Pióro,...

Documents

Transcript of Wstęp do MikroSystemów (WMS)pmik.imio.pw.edu.pl/pliki/WMS/WMS_1.pdf · 1 (C) Z.Pióro,...