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Das Mechanische Neuronale Netz(MNN)

Anpassen der Gewichte des MNN, um das XOR-Problem zu lernen. Hier die erste komplett aus Holz gefertigte Version des MNN.

Das Mechanische Neuronale Netzwerk ist eine mechanische Umsetzung eines künstlichen neuronalen Netzwerks. Genauer gesagt handelt es sich um ein Multilayer-Perzeptron(MLP) mit ReLU-Aktivierungsfunktionen. Es kann trainiert werden, um reellwertige Funktionen, Klassifikationsaufgaben und logische Funktionen wie UND, ODER und das exklusive ODER (XOR) zu modellieren. Das bedeutet, dass wir die Gewichte zwischen den Neuronen des Netzwerks so anpassen können, dass das Netzwerk für eine gegebene Ausgabe die korrekte Ausgabe erzeugt. Zum Beispiel können wir die Gewichte so anpassen, dass das Netzwerk die XOR-Funktion modelliert und genau dann wahr ausgibt, wenn einer der beiden Eingaben wahr und der andere falsch ist oder die Tiere mittels der Eigenschaften Körpergröße und Lebensraum in Elefant, Hund, Wal und Fisch klassifizieren.

Es ist aus Wippen aufgebaut, die die Neuronen darstellen. Diese Wippen sind durch Schnüre verbunden, die den Verbindungen zwischen den Neuronen eines MLP entsprechen. Das manuelle Einstellen der Reiter, die die Schnüre mit den Wippen verbinden, ermöglicht es, die Gewichte des Netzwerks anzupassen. Somit kann die Auswirkung der Gewichtsanpassung intuitiv beobachtet werden. War die erste Version noch aus Holz gefertigt, sind die folgenden Versionen farbig 3D-gedruckt, sodass Gewichte und Neuronen besser zugeordnet werden können.

Möchtest du ein eigenes MNN zum Beispiel für Lehre oder Workshops? Hast du Interesse an einem Workshop, bei dem ich die Grundlagen von KI mit dem MNN vermittel? Kontaktiere mich unter mnn(at)schaffland.eu

Die 3D-gedruckte Version des MNN vorbereitet zur Tierklassifikation.

Ein Baukasten zur Lehre von KI mit dem MNN

Mit dem MNN lassen sich verschiedene Teilaspekte von künstlichen neuronalen Netzen in verschiedener Detailtiefe erklären. Mittels erfahrungsbasiertem Lernen könnnen Lernende aller Alterstufen die Grundlagen von KI erfahren, ganz ohne Computer- und Programmierkenntnisse.

Die Bausteine, mit der die verschiedenen Teilaspekte von KI mit dem MNN vermitteln lassen.

Weiterführende Informationen

Mehr Information gibt es im Erklärvideo (Englisch) auf YouTube:

Oder in einem der folgenden Veröffentlichungen:

Promoting the digital transformation of STEM education with the mechanical neural network, a physical model for future-oriented and student-centered AI education: A. Schaffland, C. Müller, and J. Schöning, 2024, IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), IEEE, DOI: 10.1109/EDUCON60312.2024.10578714
Mechanical Neural Network: Making AI comprehensible for everyone: A. Schaffland and J. Schöning, 2023, IEEE German Education Conference (GeCon), IEEE, DOI: 10.1109/gecon58119.2023.10295144

Neuigkeiten

Neuigkeiten über das MNN findest du hier.

Bilder

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