آرشیو آذر ماه 1396

شبکه عصبی مصنوعی به زبان ساده

یک شبکه عصبی مصنوعی (Artificial Neural Network – ANN) ایده ای برای پردازش اطلاعات است که از سیستم عصبی زیستی الهام گرفته و مانند مغز به پردازش اطلاعات می‌پردازد. عنصر کلیدی این ایده، ساختار جدید سیستم پردازش اطلاعات است. این سیستم از شمار زیادی عناصر پردازشی فوق العاده بهم پیوسته به نام نورون‌ها (neurons)تشکیل شده که برای حل یک مسئله با هم هماهنگ عمل می‌کنند.

شبکه‌های عصبی مصنوعی نیز مانند انسان‌ها با مثال یاد می گیرند و یک شبکه عصبی برای انجام وظیفه‌های مشخص مانند شناسایی الگوها و دسته بندی اطلاعات، در طول یک پروسه یاد گیری تنظیم می‌شود. در سیستم‌های زیستی، یاد گیری با تنظیماتی در اتصالات سیناپسی که بین اعصاب قرار دارد همراه است. از این روش در شبکه‌های عصبی نیز استفاده می‌شود.

بینایی ماشین چیست؟

بینایی ماشین شاخه ای از دانش است که سعی دارد از طریق پردازش تصاویر دوبعدی، جهان سه بعدی پیرامون را بازسازی و تفسیر کند. به بیان ساده، بینایی ماشین یعنی اینکه کامپیوترها بتوانند جهان را به کمک دوربین‌ها ببینند، بفهمند و حتی از بینایی انسان پیشی بگیرند.

بینایی ماشین می‌تواند در هر جایی که نیاز است تا ماشین به جای انسان ببیند، مورد استفاده قرار گیرد.

بینایی ماشین را از دو منظر علمی و تکنولوژیکی می‌توان بررسی کرد. به عنوان یک رشته علمی، بینایی ماشین به توسعه تئوری سیستم‌های هوشمندی می‌پردازد که اطلاعات را از تصاویر استخراج می‌کنند و به عنوان یک رشته تکنولوژیکی (فناورانه) تلاش دارد که از تئوری‌ها و مدل‌های توسعه داده شده برای ساخت سیستم‌های بینایی ماشین بهره برداری کند. به عنوان مثال تولیدکنندگان صنایع مختلف سیستم‌های بینایی ماشین را برای بازرسی چشمی که نیاز به سرعت بالا، بزرگ نمایی، عملکرد ۲۴ ساعته و تکرارپذیری دارد استفاده می‌کنند.

اهداف هوش مصنوعی

می‌توان گفت هدف هوش مصنوعی نزدیک نمودن رفتار و پاسخ یک سیستم کامپیوتری به الگوریتم‌هایی است که انسان براساس آن ها رفتار می کند و پاسخ می‌دهد. گاه سیستم‌هایی طراحی می شوند که قدرت تجزیه و تحلیل آن ها از انسان بیشتر است. ولی باز از الگوهای ما استفاده می کنند.

از اهداف متخصصین در این حوزه، تولید ماشین‌هایی است که دارای احساسات بوده و دست کم نسبت به وجود خود و احساسات خود آگاه باشند. این ماشین باید توانایی تعمیم تجربیات قدیمی خود در شرایط مشابه جدید را داشته و به این ترتیب اقدام به گسترش دامنه دانش و تجربیاتش کند. به عبارت ساده تر می‌توان گفت: “هدف هوش مصنوعی این است که ماشین‌ها و ربات‌هایی بسازد را که نسبت به ماشین های قبلی، قابلیت های بیشتری داشته باشد و با هوش‌تر عمل کنند و همچنین به ماشین‌هایی که در حال حاضر موجود است، قابلیت های و توانایی‌های انسانی بدهد.”

هوش مصنوعی، علمی نو

هوش مصنوعی به خودی خود علمی کاملا جوان است. در واقع بسیاری شروع هوش مصنوعی را ۱۹۵۰ می‌ دانند زمانی که آلن تورینگ مقاله خود را در باب چگونگی ساخت ماشین هوشمند نوشت (آنچه بعدها به تست تورینگ مشهور شد) تورینگ درآن مقاله یک روش را برای تشخیص هوشمندی پیشنهاد می‌کرد. این روش بیشتر به یک بازی شبیه بود.

فرض کنید شما در یک سمت یک دیوار (پرده یا هر مانع دیگر) هستید و به صورت تله تایپ با آن سوی دیوار ارتباط دارید و  شخصی از آن سوی دیوار از این طریق با شما در تماس است. طبیعتاً یک مکالمه بین شما و شخص آن سوی دیوار می‌تواند صورت پذیرد. حال اگر پس از پایان این مکالمه، به شما گفته شود که آن سوی دیوار نه یک شخص بلکه (شما کاملاً از هویت شخص آن سوی دیوار بی‌خبرید) یک ماشین بوده که پاسخ شما را می‌داده، آن ماشین یک ماشین هوشمند خواهد بود، در غیر این صورت(یعنی در صورتی که شما در وسط مکالمه به مصنوعی بودن پاسخ پی ببرید) ماشین آن سوی دیوار هوشمند نیست و موفق به گذراندن تست تورینگ نشده است. باید دقت کرد که تورینگ به دو دلیل کاملا مهم این نوع از ارتباط(ارتباط متنی به جای صوت) را انتخاب کرد. اول این که موضوع ادراکی صوت را کاملاً از صورت مساله حذف کند و این تست هوشمندی را درگیر مباحث مربوط به دریافت و پردازش صوت نکند و دوم این که بر جهت دیگری هوش مصنوعی به سمت نوعی از پردازش زبان طبیعی تاکید کند.

انرژی باد یکی از ارزان‌ترین و در‌دسترس ترین منابع انرژی تجدیدپذیر به‌شمار می‌آید. باد رایگان است و به قدر کافی برای همه وجود دارد. با این‌حال به دلیل مشکلات مختلف توربین‌های بادی افقی (HAWT)، استفاده از توربین‌های بادی به قدر کافی فراگیر نشده است.

در نوشته‌ی پیشین انواع توربین‌های بادی و چگونگی کارکرد آن‌ها را بررسی کرده و مزایا و معایب هر کدام را ذکر نمودیم. لذا مطالعه‌ی آن به عنوان پیش نیاز برای این مقاله توصیه می‌شود.

همانطور که پیش‌تر در گزارش انرژی‌های تجدیدپذیر در ایران مشاهده کردید، مناطق شهری و روستایی ایران نیز همچون مناطق بکر خالی از سکنه پتانسیل بالایی برای بهره برداری از انرژی باد دارند و اینجاست که توربین بادی عمود محور  اهمیت پیدا می‌کند.

انواع توربین‌های بادی

به طور کلی توربین‌های بادی در دو نوع محور افقی (HAWT) و محور عمودی (VAWT) تقسیم می‌شوند که در نوشته‌ی انواع توربین بادی می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.

به‌طور کلی توربین‌های بادی با محور افقی در سراسر جهان برای تولید برق متداول هستند. اما استفاده از آن‌ها در مناطق شهری ممکن نیست، به محیط زیست صدمه می‌زنند و هزینه اولیه بسیار زیادی دارند. از این‌رو توربین‌های بادی عمود محور اهمیت پیدا می‌کنند.

تفاوت عمده‌ی توربین‌های بادی عمودی و افقی در نحوه چینش پره‌ها است. در توربین بادی افقی، پره‌ها در ارتفاع بالا قرار گرفته و رو به جهت وزش باد می‌چرخند در حالیکه ژنراتور در پشت آن‌ها در ارتفاع قرار دارد. اما در توربین‌های عمودی ژنراتور در پایین برج توربین قرار گرفته و پره‌ها به نوعی دور آن پیچیده‌اند.

توربین‌های بادی به‌طور کلی انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. امروزه با افزایش تقاضای انرژی و رو به اتمام بودن منابع سوخت فسیلی، بهره‌برداری از منابع پاک انرژی بیش از پیش اهمیت پیدا‌کرده است. انرژی باد نیز یکی از منابع مهم انرژی‌های تجدید‌پذیر است که در عین پاک بودن، به‌طور رایگان و نامحدود در اختیار همه قرار دارد.

نیروگاه بادی کشور چین به نام نیروگاه “گانسو – Gansu” در حال حاضر از ۸۰۰۰ مگاوات برق تولید میکند.

(این درحالیست که بزرگترین نیروگاه سیکل ترکیبی خاورمیانه به نام دماوند که در کشورمان واقع شده است با ۱۲ واحد دارای توان تولیدی ۲۵۰۰مگاوات می باشد!)

نیروگاه گانسو در سال ۲۰۱۲ تاسیس گردیده و قرار است تا سال ۲۰۲۰ توان تولیدی خود را به ۲۰۰۰۰ مگاوات برساند.

چگونگی بهره‌برداری از انرژی باد و هر آنچه درباره توربین‌های بادی باید بدانید، موضوع اصلی این نوشته است. با مجله‌یخط مهندسی همراه باشید تا به دنیای پر سر و صدای توربین‌های بادی برویم :

توربین بادی چیست؟

توربین بادی به‌طور کلی ماشینی است که انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

در توربین‌های بادی پره‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که با وزش باد به گردش درآیند. گردش پره‌ها محور درونی روتور توربین را می‌چرخاند و در نهایت بعد از تبدیل گشتاور به سرعت دورانی در جعبه‌دنده (گیربکس)، توان مکانیکی به توان الکتریکی تبدیل می‌شود.

اساس کار توربین‌های بادی را بیان کردیم. اما آیا واقعاً به همین سادگی است؟!

انواع توربین‌های بادی