good noise 이해와 응용 high school.pdf · 개통4개월만에, 풍속 19m/s의 그렇게...
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Good Noise 이해와 응용
九州工業大学 情報工学大学院
機械情報工学研究系
許 宗焄 (허 종훈)
2018.11.21,대광발명과학고등학교
Since 1909
국립대학법인
큐슈공업대학
Locations
Tobata Campus School of Engineering Graduate School of Engineering
(공학부/공학원)
Iizuka Campus School of Computer Science and
Systems Engineering Graduate School of Computer
Science and Systems Engineering (정보공학부/정보공학원)
Wakamatsu Campus Graduate School of Life Science and Systems Engineering
(생명체공학원)
History
1909 The Meiji College of Technology was opened to its first students as a private institution with three departments.
1921 Became a 4-year course national institution.
1949 Under the National School Establishment Law, the Meiji College of Technology became the Kyushu Institute of Technology.
1986 The Faculty of Computer Science and Systems Engineering was established.
2000 The Graduate School of Life Science and Systems Engineering (Independent postgraduate school) was established.
2004 All National Universities were transformed into National University Corporations; the Kyushu Institute of Technology was also incorporated as a National University Corporation.
Mr. Keiichiro Yasukawa Founder
Dr. Kenjiro Yamakawa First President
Academic Programs
School of Engineering ( 공학부, Tobata Campus)
School of Computer Science and Systems Engineering
(정보공학부, Iizuka Campus)
Civil and Architectural Engineering (건설사회공학과)
Mechanical and Control Engineering (기계지능공학과)
Electrical and Electronic Engineering (전기전자공학과)
Applied Chemistry (응용화학과)
Materials Science and Engineering (재료공학과)
Integrated Systems Engineering (통합시스템공학과)
Artificial Intelligence (지능정보공학과)
Computer Science and Electronics (전자정보공학과)
Systems Design and Informatics (시스템정보공학과)
Mech. Information Science and Technology (기계정보공학과)
Bioscience and Bioinformatics (생명정보공학과)
- Undergraduate Schools -
Academic Programs - Graduate Schools -
Civil and Architectural Engineering
Mechanical and Control Engineering
Electrical and Electronic Engineering
Materials Science
Applied Science for Integrated System Engineering
Advanced Informatics
Interdisciplinary Informatics
Creative Informatics
Biological Functions Engineering
Human Intelligence Systems
Master’s Program
Graduate School of Engineering (공학대학원)
Graduate School of Computer Science and Systems Engineering (정보공학대학원)
Graduate School of Life Science and Systems Engineering (생명체공학대학원)
Engineering
Computer Science and Systems Engineering
Life Science and Systems Engineering
(Reorganization from April 2014)
Doctoral Program
유학에 관심있는 분은
연락주세요.
許 宗焄 Jong-Hoon HUH (허 종훈) 九州工業大学大学院 情報工学研究院
機械情報工学研究系 情報物理部門 教授
Department of Mechanical Information Science and Technology,
Faculty of Computer Science and Systems Engineering,
Kyushu Institute of Technology
Tel: +81-(0)948-29-7897, Fax: +81-(0)948-29-7750
Email: [email protected]
Good Noise 이해와 응용
九州工業大学 情報工学大学院
機械情報工学研究系
許 宗焄 (허 종훈)
2018.11.21,대광발명과학고등학교
• Stochastic resonance (SR) is a phenomenon where a signal that is
normally too weak to be detected by a sensor, can be boosted by
adding white noise to the signal, which contains a wide spectrum of
frequencies.
• The added white noise can be enough to be detectable by the
sensor, which can then filter it out to effectively detect the original,
previously undetectable signal.
• Extends to many other systems, whether electromagnetic,
physical or biological, and is an area of intense research.
R. Benzi, A. Sutera and A. Vulpiani, The mechanism of stochastic resonance,
J. Phys. A14, L453-L457 (1981).
・확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
일반적 공명현상
0
10
1:
共鳴
LC
LC
외부( 回路I )
주파수!
回路II(내부)
에서 결정!
2 2
0
01
2
0
2
0
/tan
1
(
1,
1)
R R L
LC
MI
R LC
LC
I
0 cos( )I tI
tII cos011
IL
C
RM
1I
I II
?I
B B
회로 II의 전류가 최대가
되는 조건, I0의 최대조건
방송국
수신기
0
그네의 공명
0
●共鳴(共振)의 예
C(변조콘덴서)를
사용해서 주파수를 맟춤
라디오 방송수신:
TV리모콘:적외선
와 적외선 센서 0
0
0 cos( )I tI
tII cos011
IL
C
RM
1I
I II
?I
B B
0
10
1:
共鳴
LC
LC
외부( 回路I )
주파수!
回路II(내부)
에서 결정!
強制振動과 共鳴現象의 例
0
1850년 프랑스 바스세느대교의 붕괴대참사. 약500명의 보병대의 행진중, 사고로 물에 빠진 487명중 226명이 사망. 병사들의 행진의 박자 주파수 와 대교의 고유 주파수 0가 공명을 일으켜, 대교의 상하흔들림의 진폭이 최대로 증폭되어 일어난 사고. 이 사고 후에, 군대에서는 지금도 “다리를 건널 때는 행진보조를 해제하라”고 명령함. 현재는 설계단계에서 공명에 의한 증폭을 고려해서 건설함.
타코마대교 붕괴사고 미국 워싱톤주에서 1940年11月7日에 발생한 타코마대교 붕괴사고. 개통4개월만에, 풍속 19m/s의 그렇게 강하지 않는 바람에도 불구하고, 대교의 뒤틀림진동이, 바람에 의해 생긴 소용돌이와 공명을 일으켜, 뒤틀림진동이 증폭되어 붕괴됨.
재건설후 현재의 대교
확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
규칙적인 주파수 대신에 불규칙한
노이즈 (good noise)를 사용해서
공명을 일으킴!
0
10
1:
共鳴
LC
LC
外部( 回路I )
주파수!
回路II(내부)
에서 결정!
0
미지의 0
P. Hänggi, Stochastic resonance in
biology - How noise can enhance
detection of weak signals and help
improve biological information
processing, ChemPhysChem 3, 285-290
(2002).
♣ 미약한 신호 측정에 응용
측정기의 한계
미약한 신호
good noise
확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
미지의
●1920-30:Milankovitch Cycles and Glaciation
mx
mx
mxmx
빙하기의 주기는
무엇이 결정하는가? 빙하기 간빙기
확률적 공명현상의 아이디어 의 출발점
mx
mx
t 미약한 미지의 신호를
잡아 낼 수 있다 !
혹은, 신호의 원인을
밝혀 낼 수 있다 !
적당한
good noise
일 때만!
mxmx
확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
빙하기
간빙기
노이즈
小
노이즈
大
田中裕也,博論(2017)
From http://www.sp.fukuoka-u.ac.jp/section/butsujoh/misono/
확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
적당한
최적의
노이즈
good noise
일반적
bad noise
Use of behavioral stochastic resonance by paddle fish for feeding_D. F. Russell et al., Nature 402, 291 (1999).
확률적 공명현상(Stochastic Resonance)
미약한 신호
good noise
너무 약하지도 너무 강하지도
않은 적당한 노이즈 에서
먹이사냥이 최고!
Detection of electric biological,
weak signals (건강감시 디바이스)
Y. Imai et al., Japanese Journal of
Applied Physics 53, 06JE01 (2014).
확률적 공명현상(Functional Stochastic Resonance)
인체에 적용
뇌과학등에 응용
노령화와 함께 감각이 둔해 지는
것은 감지 임계치(Threshold)가
높아 지는 것 !
심전도 측정
근
미약한 신호
good
noise
신호
증폭
전기대류현상에서 발견된 역확률공명현상
(a)
(e)
(d)
(c)
(b)
Spatiotemporal Stochastic
Resonance in the Swift-Hohenberg
Equation, J. M. G. Vilar and J. M.
Rubi, PRL78, 2886 (1997).
Conventional
SR
Inverse stochastic resonance in electroconvections by multiplicative
colored noise, Jong-Hoon Huh, PRE94,052702(2016).
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 5 10 15 20
increasing VN
decreasing VN
0 [
arb.
unit
]
VN [V]
Inverse
SR
역확률적 공명현상(Inverse Stochastic Resonance)
Nois
e In
ten
sity
열대류현상
Huh Lab:전기유체역학의 구조형성과 공명현상
・노이즈는 규칙적인 구조를 만들 수 있는가?
・전기대류현상 구조와 확률공명관계
・노이즈에 의한 상전이문제
・노이즈가 유발하는 시간적 공간적 구조
chaos cosmos
uniformity patterns,
rhythms
noise, fluctuation
V
V(t) =[V0 + A0x(t)]cos{0t + 0x(t)}
진폭노이즈 위상노이즈
바이오 시스템, 지구환경 시스템 (비평형계)
에 관한 노이즈의 영향
Huh Lab研究領域
自然現象의多様性
非平衡度 平衡系 線形非平衡系 非線形非平衡系
죽음의 세계 일정한 변화 다양한 세계
・Soliton
・時空카오스(乱流)
・Chaos & Fractal
・Turing pattern
・Limit cycle
・Brown運動(균일상태)
・緩和現象
(非平衡平衡)
T
T+DT DT<Tc
T
T+DT DT> DTc
균일지향 불균일지향의 세계
自然現象의多様性
混沌
DT
V
V
액정에 의한 전기대류현상 Good Noise Huh Lab:전기유체역학의 구조형성과 공명현상
V(t) =[V0 + A0x(t)]cos{0t + 0x(t)}
전망과 결론 1. 노이즈를 최소화하고, 가능하면 제거해야 하는 분야가 있다.
bad noise
2. 미약한 신호를 효과적으로 증폭시키는 노이즈가 있다.
good noise 확률공명(Stochastic Resonance)
3. 노이즈를 질적으로 잘 조절배합하면 다양한 시스템에서
공명현상을 기대할 수 있다.
good colored noise (vs. white noise) - 다음 기회에!
질문1 식물(광합성작용)은
일정한 광량의 빛이 효과적일까,
불규칙한 것이 효과적일까? CO2センサー
光 光量制御装置
CO2・O2測定器 解析システム
O2センサー
密閉容器
光量カウンター
질문2 다이어트를 위한 운동 혹은
영양섭취는 규칙적인 것이 효과적일까,
불규칙한 것이 효과적일까?
감사의 말씀
대광발명과학고의 전신인 상록기술학교의 5회졸업생
(1979년)으로, 오늘의 제가 있기까지, 힘들었던 시절,
사랑과 격려를 아끼지 않고 이끌어 주시고 지지해 주신,
배 상태 前교장선생님과 송 수천 이사장님께, 진심으로
감사드립니다.
후배 여러분들에게도 밝은 미래와, 장차 기술과학강국
대한민국의 영향력있는 일꾼이 되기를 바랍니다.
ご清聴ありがとうございました.
경청해 주셔서 감사합니다.