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- 美國(guó)公司研發(fā)無(wú)人機(jī)避撞傳感器
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/7/5
美國(guó)《航空周刊與空間技術(shù)》雜志2014年6月30日]受活的生物大腦啟發(fā)而產(chǎn)生的技術(shù)可以提供一種低成本的解決方案，用于解決無(wú)人機(jī)現(xiàn)存在的問(wèn)題——碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。同樣的技術(shù)可為具備更強(qiáng)自主性、傳感和導(dǎo)航技能的新一代無(wú)人機(jī)開(kāi)辟道路。
研究人員長(zhǎng)久以來(lái)就對(duì)即使是最小的昆蟲(chóng)的飛行控制產(chǎn)生深刻印象。蒼蠅、蜻蜓和蜜蜂可以穿過(guò)障礙物叢生的空間，以閃電般的速度對(duì)潛在威脅產(chǎn)生反應(yīng)，其能力是現(xiàn)有計(jì)算機(jī)難以匹敵的。生物神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算方面表現(xiàn)很差，但是對(duì)于復(fù)雜感覺(jué)的輸入?yún)s表現(xiàn)得很優(yōu)秀，并且僅僅需要使用很少的能量。
生物系統(tǒng)的優(yōu)良性能激起人們進(jìn)行模擬自然架構(gòu)的人工大腦的研究，即神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)。
位于加州托蘭斯（Torrance）市的物理光學(xué)公司（Physical Optics Corp.，POC）根據(jù)一份美國(guó)空軍的合同，正在開(kāi)發(fā)“發(fā)現(xiàn)并回避昆蟲(chóng)眼/神經(jīng)形態(tài)”（SAVIEN）傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合了兩個(gè)元素，兩個(gè)元素都是從生物獲得的靈感。昆蟲(chóng)具有復(fù)眼，與人眼相比，其分辨率低，但是視野廣闊。復(fù)眼非常適于探測(cè)“光流”（Optical Flow），即物體在視野中的運(yùn)動(dòng)。此前，有很多開(kāi)發(fā)者將光流作為傳感技術(shù)應(yīng)用到無(wú)人系統(tǒng)中，但是POC的SAVIEN在處理使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出方面采用了非常規(guī)手段。SAVIEN的神經(jīng)形態(tài)學(xué)“大腦”是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化模擬，其足夠強(qiáng)大可以對(duì)以高速過(guò)來(lái)的物體進(jìn)行探測(cè)并作出反應(yīng)。這種高效的、受生物啟發(fā)的設(shè)計(jì)方案確保了尺寸、重量和功率需求足夠小，可以應(yīng)用在小型無(wú)人航空系統(tǒng)上。
同時(shí)，位于加州馬利布（Malibu）市的HRL實(shí)驗(yàn)室，正在進(jìn)行神經(jīng)形態(tài)學(xué)系統(tǒng)的研究，以改進(jìn)用于情報(bào)搜集平臺(tái)的小型無(wú)人機(jī)。該實(shí)驗(yàn)室為通用汽車(chē)和波音聯(lián)合控股。NEOVUS（景象的神經(jīng)形態(tài)理解，Neuromorphic Understanding of Scenes）系統(tǒng)從一個(gè)5兆像素的攝像頭以每秒30幀的速率獲取輸入并分兩個(gè)步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第一步是從通過(guò)傳感器將景象中提取感興趣的物體，并將其傳到送到第二步，第二步進(jìn)行分類和識(shí)別。
NEOVUS可以探測(cè)場(chǎng)景中移動(dòng)和靜止的人類和車(chē)輛，甚至能夠分別出卡車(chē)和轎車(chē)。該技術(shù)可能為無(wú)人機(jī)帶來(lái)巨大的效益。例如，人類操縱員可以不用查看所有時(shí)刻的圖像，而在當(dāng)車(chē)輛出現(xiàn)在道路上時(shí)候聽(tīng)到警報(bào)后再去查看，這就減少所需的帶寬。
開(kāi)發(fā)者稱NEOVUS所需功率少于常規(guī)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的千分之一，因而相應(yīng)地其處理系統(tǒng)非常小。HRL已經(jīng)在航空環(huán)境公司的RQ-11無(wú)人機(jī)上進(jìn)行了神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的試飛，表明其考慮進(jìn)入小型無(wú)人機(jī)市場(chǎng)。
SAVIEN和NEOVUS都依靠在現(xiàn)有數(shù)字硬件上的生物神經(jīng)系統(tǒng)模擬。位于愛(ài)達(dá)荷州博伊西（Boise）市的生物啟示技術(shù)（Boi-Inspired Technologies）公司正在采用一種更具挑戰(zhàn)性的方法，研制一種真正的生物形態(tài)學(xué)硬件。其工作部分由美國(guó)空軍資助，采用的是一種新型的組件，名為記憶電阻（memristor），意即帶有記憶的電阻。
生物啟示技術(shù)公司CEO泰瑞•加弗榮（Terry Gafron）介紹說(shuō)：“記憶電阻的一個(gè)吸引人的方面，以及我們?cè)谡谶M(jìn)行投資研發(fā)的，是其行為與生物突觸不可思議地相似。”
與大腦中的突觸一樣，記憶電阻響應(yīng)通過(guò)其中的脈沖，形成了學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。生物啟示技術(shù)公司正在為美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室（AFRL）研制一種基于記憶電阻的處理器。該公司還將于今年夏天推出商用的生物核心記憶電阻實(shí)驗(yàn)者/演示板；貝塔版的“記憶電阻”處理器芯片將在2015年年底發(fā)布。
相比于一般芯片中數(shù)百萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體晶體管，神經(jīng)形態(tài)學(xué)硬件可能只需要少量的元件。加弗榮指出，蒼蠅的復(fù)雜的飛行僅需要小一百個(gè)神經(jīng)元。安裝了生物形態(tài)學(xué)系統(tǒng)的微型無(wú)人機(jī)可以獨(dú)立應(yīng)對(duì)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境，例如搜尋遭遇地震倒塌的大樓內(nèi)部。
加弗榮稱：“用戶的干預(yù)將不再需要，因?yàn)槠渥赃m應(yīng)系統(tǒng)將會(huì)學(xué)習(xí)倒塌大樓里的路徑。更棒的是，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，微型無(wú)人機(jī)將會(huì)做得越來(lái)越好。”
在加弗榮預(yù)見(jiàn)的未來(lái)中，無(wú)人機(jī)將不斷具備提高飛行技巧。未來(lái)生物形態(tài)學(xué)芯片將會(huì)更加強(qiáng)大，并且隨著飛行經(jīng)驗(yàn)的獲取會(huì)變得越來(lái)越好。可能有一天，人類飛行員僅在有安全性風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候才出現(xiàn)。
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