وبلاگ

:
جرم های ذخیره حرارت در فضای مسکونی موجب تأخیر در افزایش دما در این فضا می شود و در شب با تهویه طبیعی یا حتی مکانیکی هنگامی که پیک بار وجود ندارد، می توان آن را خنک نمود.
بالا بودن جرم دیوارها در بنای عالی قاپو (شکل 1-1 پیوست) موجب کاهش انتقال حرارت از طریق هدایت به فضای داخل ساختمان می شود و هم چنین باعث بالا بودن ظرفیت نگهداری هوای سرد شب در آن می گردد. افزایش سطوح داخلی موجب تبادل حرارت بهتر دیوارها از طریق همرفت با فضای داخل شده و این نیز سرعت افزایش دمای داخل را کاهش می دهد. در شب با تهویه طبیعی اجرام فوق با سرعت بیشتری خنک شده و تغییرات دما در شبانه روز در فضای داخلی به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. به این نوع سیستم، سیستم کنت رل و تأخیر در حرارت ورودی گفته می شود.
در این پروژه سعی بر آن شده تا سقف های گنبدی از جنبه های مختلف بررسی گردد. کلاً سقف های انحنادار را می توان به سقف های گنبدی و قوسی تقسیم بندی نمود. سقف های قوسی به سقف هایی گفته می شود که در یک جهت انحنا دارند و در ج هت دیگر خطی هستند .این سقفها اگر در راستای جهتی که خطی هستند، به شکل قوس و نمیدایره دربیایند، به سقف های گنبدی شکل شبیه تر می شوند. این نوع سقف ها بیشتر برای فضاهایی که مستطیل شکل هستند مناسب تر می باشد. از مهمترین ویژگی های این نوع سقف ها می

 توان به کمترین تنش کششی که در آن ها به وجود می آید، نام برد که حتی از موادی مانند گل، آجر، سنگ و موادی از این قبیل که تحمل خمش را ندارند، استفاده نمود.

فصل اول
ی بر فعالیتهای انجام شده
سقف های گنبدی خود نیز انواع مختلفی دارند، مانند گنبدی یک لایه، کروی و گنبدی دولایه. از آنجایی که سقف های گنبدی سطح بیشتری در فضای خارج خود دارند، تبادل حرارت بهتری انجام می دهند و کمتر گرم می شوند. مصالحی که برای ساختن این نوع سقف به کار می رود در ابتدا خشت بود، سپس از آجر که به طور معمول به ضخامت 1-2cm روی آن از کاه گل پوشیده می شود استفاده می شده است . وجود کاه گل موجب جلوگیری از نفوذ باران بوده و مانند عایقی در برابر گرما عمل می کند. امروزه نیز این نوع سقف ها گاهاً در انبارها و کارگاهها و هم چنین برای ساخت سقف نیروگاههای اتمی و بعضی اماکن دیگر مورد استفاده واقع می شود.
سقف های گنبدی در مقایسه با سقف های تخت دارای تغییرات فشار بیشتری روی گنبد خود به خصوص در رأس آن می باشند. ه مچنین سرعت در بالای سقف گنبدی افزایش بیشتری پیدا کرده و در ناحیه پشت گنبد وجود تلاطم را خواهیم داشت اما هم د ر سقف های گنبدی و هم تخت شاهد تغییرات فشار در جلو و پشت ساختمان می باشیم.
تاکنون محققان بسیاری همچون تانگ، پیلموتر، نهار تحقیقات بسیاری درباره انواع سقف ها در مناطق مختلف براساس شرایط اقلیمی و جوی منطقه های گرم و خشک یا معتدل و مرطوب یا کوهستانی انجام داده اند. از آنجایی که سقف یکی از بخش های مهم ساختمان است. ساختار هندسی آن تأثیر عمده ای در مصرف انرژی، کاهش برودت و آسایش حرارتی دارد و از آنجایی که سقف در طول روز در معرض تابش خورشید می باشد، حرارت زیادی را وارد ساختمان می کند. لذا جهت قرار گرفتن ساختمان (شرق  غرب یا شمال  جنوب) مهم می باشد.
در طی سالیان گذشته استفاده زیادی از این نوع سقف ها بسته به شرایط اقلیمی، آداب و رسوم منطقه ای و نوع ساختمان شده است .ساختمان های مسکونی همانند خانه های عربی، اسکیموها، ساختمان های دولتی یا ساختمان های مذهبی به خصوص کلیساها و مساجد از این قبیل می باشند.
طبق بررسی های انجام شده در مناطقی با آب و هوای گرم و خشک سقف های قوسی یا گنبدی دمای داخل را در فصل زمستان کاهش می دهند و دلیل آن را زیاد بودن انعکاس تابشی این نوع سقف ها بیان می کنند که باعث کاسته شدن فشار حرا رتی ورودی به ساختمان می گردد. مبنای سنجیدن برهم کنش بین آب و هوای طراحی و هر نوع سقفی در مقایسه با سقف تخت را می توان جذب، انعکاس و پخش تابش از خورشید و میزان شار حرارتی از طریق جابه جایی با توجه به میزان ضریب انتقال هدایت سقف و عایق به کار رفته در آن در ن ظر گرفت. الجیای و فلیسی بیان کردند که سقف گنبدی اثر شار تابشی را در اطراف ساختمان کم می کند و دمای سقف کاهش می یابد و پخش تابش از سطح سقف و انتقال حرارت جابه جایی با محیط اطراف موجب کاسته شدن دمای سقف می شود. لایه بندی حرارتی هوای زیر سقف گنبدی یا قوس ی به گونه ای است که هوای گرم شده در زیر سقف قرار گرفته و به عنوان عایق عمل می کند. از آنجایی که دمای محیط خارج اغلب بالاتر از هوای محیط داخل ساختمان در طول روز است، بنابراین حرارت بیشتری توسط جابه جایی به داخل ساختمان از طریق سقف ها انتقال می یابد.

توانایی ساخت ابزارهای کوچک در حدود میکرون (MEMS) بهانه ای جدید برای تحقیقات گسترده علمی شده است و آهنگ رشد مقالات علمی با ایده های نو را شتاب داده است. حوزه سیالاتی (MEMS) شامل طراحی و ساخت ابزارهایی برای انتقال ماهرانه و هدفمند سیالات است. مطالعات علمی این حوزه تحت نام میکروسیالات انجام می شود و در این میان میکرو کانال ها آتش علاقه به مکانیک سیالات کلاسیک را مجددا شعله ور ساخته اند . به طور کلی کانال هایی با قطر هیدرولیکی بین 1 تا 100 میکرومتر را میکروکانال می نامند و از آن ها به منظورهای مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال گونه های جرمی و طراحی لایه های سطحی در ابزار (MEMS) استفاده می شود.
استفاده از سیستم های میکروسیالی برای کنترل حجم های کوچک سیال، فواید بسیاری را در صنایع مهندسی شیمی و بیوشیمی دارد. تولیدات میکروسیالی پیشرفته شامل مبدل های حرارتی مینیاتوری برای خنک کردن سیکل های مرکب، میکرو راکتورها برای تولید مقادیر کم مواد خطرناك یا گران، سنسورهای بیوشیمیایی lab-on-a-chip که آزمایشات بیولوژیک پیچیده روی نمونه های نانو لیتری انجام می دهند، سیستم های کروماتوگرافی (رنگ نگاری) گاز قابل حل برای یافتن منابع آلوده کننده هوا می باشند. وجه مشترك بین این مثال ها نیاز به حرکت دادن سیال در وسیله به صورت کنترل شده است.

فصل اول: کلیات
1-1) آشنایی با میکروکانال ها
تکنولوژی میکرو ماشین کاری که در اواخر سال 1980 به وجود آمده، توانایی تولید سنسورها و فعال کننده هایی در ابعاد میکرون را دارد. این میکرو مبدل ها (میکرو ترانس ها) می توانند با سیگنال های مناسب و شدت جریان یکی شده تا میکرو سیستم های الکتریکی – مکانیکی را به وجود آورند. که می توانند توزیع زمان حقیقی را ایجاد کنند.
این قابلیت یک نظریه جدید را برای تحقیقات مربوط به کنترل جریان، ایجاد می کند. از سوی دیگر، اثرات سطحی، بر جریان سیال میان این وسایل میکرو مکانیکی غالب می شود. که این امر به خاطر، بزرگی نسبت سطح به حجم در شکل گیری ابعاد میکرون می باشد.
ما نیاز به آزمایش دوباره نیروهای سطحی در معادلۀ مومنتوم داریم . به علت کوچک بود ن شان، گاز در اعداد نادسن بالا جریان می یابد و بنابراین شرایط مرزی نیاز به تغییرات دارد. به علاوه با ایجاد این تکنولوژی، این سیستم ها همچنین می توانند، زمینه ساز اصلی برای تحقیقات علم جریان باشند.
در طول دهه اخیر، تکنولوژی میکروماشین کاری برای ساختن اجزاء مکانیکی در ابعاد میکرون، در دسترس است. میکرو ماشین ها نقش مهمی در بیشتر علوم داشته اند (نظیر بیولوژی، پزشکی، اپتیک، علوم فضا و مهندسی برق و مکانیک) که ما در این تحقیق، بحث خود را به آثار انتقال جریان و به طور ویژه روی دینانیک سیالات، محدود می کنیم.
این زمینه جدید فقط مبدل های کوچک برای حس کردن و کارکرد در ی ک محدوده که ما قبلاً آزمایش نکرده ایم را ایجاد نمی کند بلکه به ما این امکان را می دهد که، وارد محیطی بشویم که در آن اثرات سطحی بیشترین آثار را دارد. شکل (1-1) تصویر یک موتور محرك الکترواستاتیکی توسط یک میکروسکوپ الکتریکی را نشان می دهد.
این وسیله بهانه ای بر ای شروع زمینه میکروماشین ها شد . یک ساختار گرفته شده از مفهوم میکروموتور که در نهایت منجر به شکل گیری حسگر کیسه هوا (ایربگ) شد. باعث کاهش تلفات ناشی از تصادفات اتومبیل شد و امروزه در اکثر ماشین ها به کار می رود. در طول دوره تکامل میکروموتور، مشخص شد که نیروی اصطکاك بین روتور و لایۀ زیرین، تابعی از سطح تماس است. این نتیجه از قانون سنتی اصطکاك گرفته شده است. (f=uN) که می گوید، نیروی اصطکاك به طور خطی فقط به نیروی عمودی سطح N بستگی دارد. در مورد میکروموتور، نیروی سطحی بی ن روتور و لایه زیری ن، بیشتر نیروی اصطکاك را تشکیل می دهند. با این حال قانون قدیمی اصطکاك، شرایطی را بیان می کند که نیروی وارد بر جسم به سطح تماس بستگی ندارد.انحرافات از دانش مرسوم معمولاً در دنیای میکرو یافت می شود.
این امر، عرصه میکروماشین ها به عنوان یک تکنولوژی تا مرز ایجاد یک دانش جدید را فراهم می کند.
از فرایند میکرو ماشین کاری در لیتوگرافی (چاپ روی سنگ) برای ظاهر کردن الگوهای طراحی شده استفاده می شود. بخش اضافی سپس کنار گذاشته می شود . این روش ها مشابه روش استفاده شده در ساخت یک مدار فشرده (IC) است اما با یک تفاوت: ساختاره ای ساده و سه بعدی معمولاً به علت طبیعت اجزای مکانیکی ویژگی های رایجی هستند . تکنولوژی های تولید گوناگون مانند میکروماشین کاری بدنه جسم، میکروماشین کاری سطحی و لیگا (برگرفته از عبارت آلمانی LIGA) برای ساخت میکرو ماشین های مختلف گسترش یافته اند.

مواد هدفمد (FGM) کاربرد وسیعی در علم مهندسی مکانیک دارد که مقاومت بالای حرارتی از مهمترین خصوصیت آن می باشد. مواد هدفمند به گونه ای ساخته می شوند که خصوصیات مکانیکی و حرارتی ماده از یک سطح تا سطح دیگر ضخامت جسم، به طور پیوسته و تدریجی تغییر کند. این تغییرات می تواند به تبعیت از تابع توانی برحسب کسر حجمی دو ماده تشکیل دهنده FGM فرض شود. بدین صورت که کسر حجمی مواد تشکیل دهنده FGM در راستای یکی از ابعاد هندسی تغییر کند. از مواد هدفمند فلز – سرامیک، به دلیل مقاومت حرارت بالای سرامیک و سختی بالای فلز، در شرایط مادی فوق العاده زیاد و یا شرایط شوک شدید حرارتی استفاده می شود. این مواد به دلیل ویژگی های منحصر به فرد قابلیت استفاده را در هواپیما و فضاپیما دارند. افزایش کاربرد FGM در صنعت، بررسی رفتار این ماده را تحت تاثیر نیروهای مکانیکی و حرارتی را در پی داشته است.
برای حل مسائل ترموالاستیسیته در حالت گذرا، ابتدا میدان دما را از حل معادله انرژی به دست آورده، و سپس دستگاه معادلات حرکت را با جایگزینی ترم دما از حل معادله انرژی حل می کنند. البته اعتبار این حل بستگی به اندازه ترم کوپلینگ حرارتی موجود در معادله انرژی دارد، به گونه ای که در شرایط عدم وجود شوک، از این ترم صرفنظر می کنند. هرگاه فرکانس اغتشاشات حرارتی اعمال شده به جسم با فرکانس طبیعی آن جسم برابر گردد (شوک حرارتی)، میدان های حرارتی و تنش، از حل دستگاه معادلات متشکل از معادلات حرکت و

 معادله انرژی به طور همزمان حاصل خواهد شد. پیچیدگی دستگاه معادلات حاکم بر جسم راهی جز حل عددی باقی نمی گذارد. از آنجایی که مدت زمان وقوع شوک فوق العاده کوچک است، حل عددی در بعد زمان را نیز پیچیده می کند. لذا این پیچیدگی با استفاده از تکنیک خاصی در هنگام بی بعدسازی معادلات رفع می شود.

فصل اول: کلیات مواد هدفمند
1-1- فیزیک مواد هدفمند
طبق تعریف مواد هدفمند یا FGM موادی هستند که برای به وجود آوردن تغییرات تدریجی در مشخصه های اجزاء ریزساختارها یا ترکیبات به کار می روند. مهمترین کاربرد FGM بهبود مشخصه های مکانیکی و ترمودینامیکی اجزاء به طرق زیر می باشد:
– اندازه تنش های حرارتی می تواند کمینه گردد، همچنین نواحی بحرانی که بیشینه تنش حرارتی در آن قسمت به وجود می آید، می تواند کنترل شود.
– شروع تسلیم پلاستیک و شکست برای یک بارگذاری ترمودینامیکی می تواند با تاخیر اتفاق بیافتد.
– جلوگیری از تمرکز تنش های شدید در محل تقاطع لبه ها و نقاط تکین.
– مقاومت باندهای واسط بین جامدات غیرهمگن مانند فلز و سرامیک با کاهش پیوسته ترکیب یا جهت دار کردن تغییر خواص مکانیکی می تواند افزایش پیدا کند.
– نیروی پیشران برای رشد ترک می تواند با انتخاب مناسب درجه بندی خواص مکانیکی کاهش پیدا کند.
– قرارگیری پوشش سخت روی نمونه فرعی با جنس نرم به وسیله درجه بندی پیوسته خواص مکانیکی و جهت دار کردن تغییر خواص مواد می تواند آسان تر شود.
– درجه بندی ترکیب در لایه های سطح می تواند میدان های تکین ناشی از بریدگی و فرورفتگی های نوک تیز را از بین برده و مشخصه های تغییر شکل پلاستیک اطراف فرورفتگی ها را تغییر دهد.
2-1- تاریخچه مواد هدفمند
برای اولین بار در سال 1972، Bever و Duwez، ایده ترکیب دو فاز مختلف را با تغییر در نحوه آرایش و ترتیب هرکدام از فازها در هر لایه در جهت بهبود خواص مکانیکی مطرح کردند. ایده آنها عموما مربوط به ضعف مواد مرکب در بسیاری از کاربردها بود که Goetzel در دهه های 1950 و 1960 با تحقیقات گسترده ای که روی مواد مرکب انجام داده بود، آنها را نشان داد. در اواسط دهه 1980 برای اولین بار در کشور ژاپن نام علمی FGm به این مواد داده شد و عصر جدیدی برای تحقیقات گسترده روی این مواد گشوده گشت. در آن سال در ژاپن یک گروه دولتی پیش بینی کردند که درگیری شدید ژاپن در تحقیقات فضایی و رشد این تحقیقات نشان داده است که پیشرفت ژاپن در این زمینه قویا به تولید مواد جدید وابسته می باشد. سه تن از دانشمندان به نام های Niino، Koizumi و Hirai تحقیقات خود را روی پروژه هواپیمایی فضایی آغاز کردند. تحقیقات این سه تن نشان داد که اجزای سازه های به کار رفته در بدنه هواپیمای فضایی تحت بارهای بسیار شدید قرار می گیرند و بنابراین در ترکیب و درجه بندی ریزساختارهای سازه های بدنه بایستی به دو مورد توجه شود. اولا، از مواد موجود و در دسترس، اجزای سازه ای تولید گردند که بهترین استفاده را در اکثریت اهداف صنعتی داشته باشند. ثانیا، جلوگیری از تمرکز تنش یا کرنشی که ناشی از به وجود آمدن سطوح نوک تیز به دلیل جدا بودن مواد مختلف می باشد. نتیجه این یافته ها موجب گشت که در سال 1987 در کشور ژاپن سازمانی متشکل از دانشمندان تاسیس شد و بودجه تحقیقاتی بسیار زیادی به آن اختصاص پیدا کرد و کار آن تحقیقات گسترده در ارتباط با FGM بود. این سازمان تحقیقات خود را روی اجزایی که یک وجه آنها سرد شده اند و وجه دیگرشان در محیط بسیار داغ نگهداری می شوند معطوف نمود. کمیته علمی این سازمان مأمور طراحی و ارزیابی سیستم های مرکب Inorganic گشت که نهایتا به سمت فلزات و سرامیک ها هدایت شدند. برای سطح داغ، دما حدود 2000 درجه کلوین در محیطی اکسیدکننده در نظر گرفته شد و آزمایش ها سرامیک را ماده مناسبی برای سطح داغ نشان داد. سطح سردتر در دمای 1000 درجه کلوین قرار داشت و بدینسان مقاومت و سختی و هدایت حرارتی مواد انتخاب شدند. بین دو سطح داغ و سردتر را با مخلوطی از سرامیک و فلز با درصدهای مشخص پر کردند که این عمل توسط روش متالوژی پودر انجام شد.

در سا لهای اخیر با رشد روزافزون و شتابان صنایع مختلف و پیشرفته تر شدن دستگاه های صنعتی و توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، توربین ها و راكتورها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم تر از لحاظ مكانیكی احساس شده است. در سال های قبل در صنا یع هوافضا از مواد سرامیكی خالص جهت پوشش و روكش قطعات با درجه كاركرد بالا استفاده می شد. این مواد عایق های بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنش های پسماند نداشتند. تنش های پسماند در این مواد مشكلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترك می نمود. بعدها برای رفع این مشكل از مواد مركب لایه ای استفاده شد. تنش های حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن می گردید. با توجه به این مشكلات طرح ماده ای مركب كه هم مقاومت حرارتی و مكانیكی بالا داشته و هم مشكل 

لایه لایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا كرد.

FGM ها موادی مركب با ریزساختار ناهمگن می باشند، كه خواص مكان یكی آنها بطور ملایم و پیوسته از یك سطح جسم به سطح دیگر آن تغییر می كند. نوع رایج آن تركیب پیوسته ای از سرامیك و فلز می باشد. این مواد از اختلاط پودر فلز و سرامیك بدست می آیند. تغییر فلز و سرامیك از یك سطح به سطح دیگر كاملاً پیوسته می باشد؛ به گونه ای كه یك سطح از جنس سرامیك خالص و یك سطح، فلز خالص است. بین دو سطح، تركیب پیوسته ای از هر دو ماده می باشد. خواص مكانیكی نیز با توجه به نوع تركیب تغییرات پیوسته ای در جهت ضخامت دارد. ماده ساختاری سرامیك به علت ضریب انتقال حرارت كم و مقاومت زیاد در مقابل دما، درجات حرارت بسیار بالا را تحمل كرده و ماده ساختاری فلز انعطاف پذیری لازم را فراهم می كند. بعلاوه، اختلاط سرامیك و فلز با تغییرات پیوسته از یك سطح تا سطح دیگر در یك سازه به آسانی قابل ساختن می باشد. به علت تغییرات پیوسته خواص مكانیكی، مشكلات عدم پیوستگی كه در سازه های مركب لایه ای وجود دارد؛ در مواد FGM به وجود نمی آید. این مواد ابتدا برای ایجاد سپر حرارتی و پوشش های عایق حرارتی در سازه های مختلف تولید شدند. مزیت استفاده از این مواد، این است كه قادر به تحمل درجات حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت بسیار بالا بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و سایش می باشند و همچنین مقاومت بالایی در مقابل شكست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازه هایی كه در مقابل درجات حرارت بالا باید مقاوم باشند، استفاده می گردد. از نكات بسیار برجسته این مواد، امكان بهینه سازی تغییرات تنش در آنها با تغییر مناسب پروفیل تغییرات مواد ساختاری است. تا مدت ها افزایش یكنواختی در ریز ساختارها مورد توجه بود تا بدین وسیله خصوصیات ماده بهبود یابد. حال آنكه امروزه، مواد FGM همراه با غیریكنواختی های فضایی كه عمداً در آنها ایجاد می شود، محبوبیت زیادی در محی طهای با دمای بالا كسب نموده اند. این مواد با توجه به پیوستگی تركیب مواد تشكیل دهنده، دارای خواص مكانیكی مؤثرتری نسبت به مواد مركب لایه ای می باشد.
مواد FGM در ساخت صفحات و پوسته های مخازن، راكتورها، توربین ها و دیگر اجزای ماشین ها و هواپیماها و فضاپیماها كاربرد زیادی دارند، زیرا این قطعات آمادگی بالایی جهت واماندگی ناشی از كمانش حرارتی دارند. از دیگر مزایای مواد FGM نسبت به مواد مركب لایه ای، عدم گسستگی در محل اتصال لایه ها می باشد؛ زیرا همانطور كه گفته شد در مواد FGM تركیب سرامیك و فلز پیوسته می باشد.
در سال های اخیر، مطالعات بر روی سازه های FGM از جذابیت ویژه ای برخوردار بوده است. از دیرباز پژوهش های بسیاری بر روی كمانش پوسته ها به انجام رسیده اما تحقیقات بر روی كمانش مكانیكی و حرارتی پوسته های FGM كم است و آغاز آن به سال 2003 برمی گردد.

بازشناسی اشیا همواره از اهمیت بسیار بالایی برخوردار بوده است. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی پیرامون بازشناسی اشیا ارایه شده است، که هرکدام نقطه های ضعف و قدرت مختص به خود را دارا می باشند. با وجود قدمت زیاد این زمینه و گستردگی روش های ارایه شده، روشی که بتواند ادعا نماید در تمامی شرایط دارای کارکردی بهتر از بقیه روش ها می باشد گزارش نشده استو
در دهه های اخیر و با پیشرفت روش های یادگیری ماشین تلاش ها برای حل مساله به روش های محاسباتی بیشتر شده است چرا که این روش ها از ریاضیات و آمار جهت تمایز میان الگوها استفاده می کنند. با این وجود، توسعه روش های ماشینی به تنهایی قادر به ارایه بهترین روش جهت حل این گونه مسایل نیستند. استخراج ویژگی های مناسب تاثیر زیادی در کارایی این الگوریتم ها دارند. این روش ها با وجود اینکه در سال های اخیر توانسته اند با به کارگیری بهترین روش ها به نتایج قابل قبولی دست یابند، ولی همچنان در حل پاره از مسایل با مشکلاتی روبرو بوده اند. از آنجا که انسان ها و پستانداران بهترین و دقیق ترین سیستم بینایی را دارا می باشند، ساخت سیستمی که بازشناسی اشیا را در مغز شبیه سازی کند ایده جالبی خواهد بود.
قشر بینایی در مغز انسان در قطعه پس سری قرار گرفته است و حدود 10 تا 20 درصد از سطح جسم خاکستری را تشکیل می دهد. بیشترین مطالعه در مورد مغز انسان روی این قسمت صورت گرفته است و نتیجه این مطالعه ها به ارایه مدل های محاسباتی و زیستی مختلفی منجر شده است. یکی از نظریه هایی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، فرضیه ساختار سلسله مراتبی در قشر بینایی است. طبق این نظریه اطلاعات در قشر بینایی مغز به صورت سلسله مراتبی پردازش می شوند، به نحوی که در لایه های اولیه، خصوصیات سطح پایین مانند لبه و در سطوح بالاتر خصوصیات سطح بالاتر مانند خطوط دور شی و بافت ها پردازش می شود. هدف در این پایان نامه این است که با الهام گرفتن از چنین مکانیزمی که در مغز انجام می شود بتوانیم به یک چارچوب مناسب جهت بازشناسی اشیا دست پیدا

 کنیم.

هدف اصلی در این پایان نامه، استخراج ویژگی های اشیا، با استفاده از روشی الهام گرفته از دستگاه زیستی مغز برای استخراج ویژگی ها و به کار بستن آن برای حل مسایل مطرح در بازشناسی اشیا می باشد. ساختار این پایان نامه در ادامه بدین صورت می باشد که در فصل اول نگاهی گذرا به مدل ها و نگره های مرسوم در بازشناسی اشیا، خواهیم انداخت. سپس در فصل دوم به توصیف دستگاه بینایی انسان و لایه های زیستی قشر بینایی می پردازیم. در فصل سوم محاسباتی و پیاده سازی لایه های مختلف آن توصیف و بررسی می شود و سرانجام در فصل چهارم، آزمایش ها و نتیجه های آن بررسی شده است. در پایان نیز جمع بندی و کارهای آتی آورده شده است.
فصل اول
بازشناسی اشیا
در این بخش پس از ی کوتاه بر مفاهیم اولیه، سعی شده است که قوانین، نگره ها و مدل های بازشناسی اشیا به شکل خلاصه بیان شود. در ادامه، نظریه ها و مدل های محاسباتی بازشناسی اشیا که ایده اصلی آنها از سیستم بینایی گرفته شده است نیز مورد بررسی قرار خواهند گرفت. همچنین چالش های موجود بر سر راه بازشناسی اشیا و اینکه سیستم های کنونی بازشناسی اشیا تا چه حد پاسخگوی نیاز جامعه امروزی به وجود هوش مصنوعی می باشند، مورد مطالعه قرار می گیرد.
1- بازشناسی اشیا
بازشناسی اشیا به معنای یافتن یک شی در یک تصویر است. انسان قادر است که بسیاری از اشیای پیرامون خود را بدون کوچکترین مشکلی بازشناسی کند، هرچند ممکن است که این اشیا در حالت های گوناگون و با زوایای دید مختلف و همچنین در اندازه های متفاوت باشند. حتی انسان قادر است اشیا را در حالتی که بخش هایی از آنها را نمی بیند، یا شی دیگری در مسیر دیدش قرار گرفته را نیز بازشناسی کند. اگرچه این امر برای انسان و پستانداران بسیار ساده و عملی است اما در نوع خود یک فرایند محاسباتی بسیار مشکل و پیچیده است. و حل مسایل بازشناسی اشیا کلیدی ارزشمند برای ساخت ماشین های هوشمند نسل آینده است.
1-1- یادگیری ماشین
یادگیری ماشین یک شاخه مهم از گرایش هوش مصنوعی است که هدف آن تعلیم یک ماشین است، به شکلی که بتواند تجربه ها و نمونه های موجود را یاد بگیرد. حاصل این یادگیری، ایجاد یک مدل طبقه بندی است که براساس آن ماشین می تواند نمونه هایی را که در آینده می بیند و مشابه نمونه های موجود هستند، در کلاس مناسب خود قرار دهد. هدف یک سیستم بازشناسی اشیا، قرار دادن اشیا با کمترین خطا، در کلاس مربوط به خودشان است. در سیستم های معمولی بازشناسی اشیا از یک سری فرایندهای استخراج ویژگی و یک طبقه بند استفاده می شود. امروزه روش های بازشناسی اشیا، به عنوان زیرمجموعه ای از یادگیری ماشین، کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف علمی و صنعتی پیدا کرده اند. در حال حاضر از تکنیک های بازشناسی اشیا، در بسیاری از کاربردهای صنعتی، پردازش مستندات، تشخیص هویت و بسیاری از زمینه های دیگر استفاده شود. در فرایند بازشناسی اشیا، تصویرهای اشیای ورودی در کلاس ها و دسته های از پیش تعیین شده طبقه بندی می شوند. در نخست لازم است که یک سیستم کلی بازشناسی الگو که شامل بازشناسی اشیا نیز می باشد مورد بررسی قرار گیرد.
2-1- بازشناسی الگو
در حالت کلی هر توصیف کیفی یا کمی از یک موضوع را می توان الگو نامید. الگوهای بصری را می توان به صورت ترکیبی از المان های تصویر که هرکدام از آنها دارای سطح روشنایی خودشان هستند، در نظر گرفت. هدف کلی از شناسایی خودکار الگوهای بصری، انتساب نمونه ای از یک الگو که سیستم قبلا آن را تجربه نکرده است به یکی از الگوهایی که قبلا برای سیستم معرفی شده اند، می باشد. این انتساب براساس تحلیل ویژگی های الگوی ورودی و کلاس های موجود انجام می گیرد. رسیدن به این هدف کار مشکلی است، زیرا ممکن است الگوی جدید (تصویر ورودی) نسبت به نمونه های قبلی تغییرات زیادی داشته باشد. این تغییرات می توانند ناشی از شرایط محیطی در هنگام تهیه تصویر و یا مربوط به تغییرهای اجتناب ناپذیر در خود الگو باشند. از جمله این تغییرها می توان به نویز وسیله گیرنده تصویر و یا تار بودن تصویر در اثر تنظیم نبودن دوربین اشاره کرد. تغییر در خود الگو هم ممکن است در اثر زمان به وجود آمده باشد.
اولین گام در بازشناسی الگو، جمع آوری شمار مناسبی نمونه از الگوهای مورد نظر (به طور مثال تصویرهای اشیایی که قرار است بازشناسی شوند) است. این بخش زمان زیادی از فرایند طراحی سیستم بازشناسی الگو را به خود اختصاص دهد و گاهی اوقات با مشکلاتی همراه است. پس از جمع آوری نمونه های لازم، باید اقدام به انتخاب نوع ویژگی کرد. انتخاب نوع ویژگی نیازمند دانش اولیه در مورد الگوها است. توانمندی ویژگی برای جداسازی نمونه های کلاس های مختلف، معیار انتخاب آن است. پس از تعیین نوع ویژگی، باید روش یادگیری را انتخاب کرد. روش یادگیری می تواند از نوع بدون نظارت، با نظارت و یا ترکیبی باشد. در یادگیری با نظارت، هر الگو از مجموعه داده، با یک برچسب کلاسی همراه است. هدف این است که براساس نمونه های موجود، مدل طبقه بندی را طوری بسازیم که بتواند نمونه هایی را که تاکنون ندیده است با کمترین خطا در کلاس مربوط به خودشان دسته بندی کند. در یادگیری بدون نظارت، الگوها برچسب کلاسی ندارند و براساس شباهت شان در دسته های یکسان قرار می گیرند.