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MIT工程师引工业推翻 功耗最小的无人机芯片面世_0

2018-08-04 19:14

  MIT工程师引工业推翻 功耗最小的无人机芯片面世

  规划高效核算机芯片的办法可能会让微型智能无人机飞上天空。

  

近年来,工程师们致力于研制微型无人机技能,建立黄蜂巨细的飞翔原型,并搭载更小的传感器和摄像机。现在,他们现已成功将无人机的简直每一部分都小型化了,除了无人机的大脑——核算机芯片。

 

  四旋翼无人机和其他相似巨细的无人机的规范核算机芯片能够从摄像机和传感器中获取很多数据流,并对这些数据进行解读,然后主动控制无人机的俯仰、速度和轨道。为了做到这一点,这些核算机要耗费10-30瓦的功率,由电池供电,电池关于黄蜂巨细的无人机而言是很大的负荷。

  现在,MIT的工程师们现已迈出了第一步,他们规划了一种核算机芯片,这种芯片运用大型无人机核算机的一小部分功用,专门为瓶盖巨细的无人机量身定制。他们将于本周在MIT举办的“机器人:科学和体系会议”上提出一种新的办法和规划,他们称之为“Navion”。

  该团队由Sertac Karaman和Vivienne Sze带领,前者是MIT航空航天工程1948届作业开展副教授,后者是MIT电气工程和核算机科学学院副教授。他们开发了一种低功耗的算法,一起精简了硬件,发明了一种专门的核算机芯片。

  他们作业的要害奉献是提出了一种规划芯片硬件和在芯片上运转的算法的新办法。Sze表明:“传统上,一种算法被规划出来就被扔给了硬件工程师,让他想办法把算法映射到硬件上。但咱们发现,经过把规划硬件和算法相结合,咱们能够完结更有用的节能。”

  Karaman说:“咱们发现,这种涉及到硬件和算法协同考虑的编程机器人的新办法是减小尺度的要害。”

  这种新式芯片以每秒20帧的速度处理流图画,并主动履行命令来调整无人机在空间中的方向。新式芯片履行所有这些核算,一起功耗低于2瓦——这比现在的无人机嵌入式芯片的功率要高一个数量级。

  Karaman说,团队的规划是迈向“最小的智能无人机能够自主飞翔”的第一步。他终究想象的是灾祸响应和搜救使命,在这些使命中,昆虫巨细的无人机会在狭隘的空间中络绎,查看崩塌的修建,搜索被困的人。卡拉曼也预见到了它在 消费电子 产品方面的新用处。

  Karaman说:“请想象,购买一款能够与你的手机结合的瓶盖巨细的无人机,你能够把它拿出来放在手掌上,你略微抬起手,它就会感知到,并开端在你四周飞翔,为你拍摄。然后你再打开手掌,它就会落在你的手中,你能够将视频上传到手机上,并与别人共享。”

  Amr Suleiman和Luca Carlone的合作者是研讨生Amr Suleiman和Zhengdong Zhang,以及研讨科学家Luca Carlone。

  从头开端

  现在的小型无人机原型满足小,能够放在一个人的指尖上,并且十分轻,只需求1瓦的电力就能够从地上起飞。相机和传感器则还需求0.5瓦。

  Karaman说:“短少的部分是核算机,咱们不能让它们习惯这种巨细和能耗。咱们需求将核算机小型化,并下降其功耗。”

  团队很快意识到,传统的芯片规划技能可能不会制造出满足小的芯片,并供给小型智能无人机飞翔所需求的处理才能。凯时国际娱乐

  Sze说:“跟着晶体管的规划越来越小,功率和速度都有了进步,但这种速度正在放缓,现在咱们有必要开宣布专门的硬件来进步功率。”

  研讨人员决议从头开端构建一个专门的芯片,开发数据处理算法,以及用来运转这种算法的硬件,几项作业协同进行。

  调整公式

  详细而言,研讨人员对现有的一种算法进行了纤细的改动,该算法一般用于断定无人机的“自我运动”,或对其在空间中方位进行感知。然后,他们在一片FPGA上完结了不同版别的算法,FPGA是一种十分简略的可编程芯片。为了使这一进程正式化,他们开发了一种称为迭代割裂协同规划的办法,ag88���ǹ�������ƽ̨�����ص���。能够在下降功耗和门数量的一起保证满足的精确度。

  典型的FPGA由数十万个断开的门组成,ag88环亚国际娱乐联运环境、民太安等11家公司公告增发952亿元,研讨人员能够依照所需的形式进行衔接,以创立专门的核算单元。经过协同规划削减门数,团队挑选了一片门数很少的FPGA芯片,然后完结了高效的节能。

  Karaman解说说:“假如咱们不需求某种特定的逻辑或存储进程,咱们就不会运用它们,这样就能节约很多能量。”

  每逢研讨人员调整自我运动算法时,他们就把这个算法版别映射到FPGA的门上,并将芯片衔接到 电路板 上。然后,他们从规范无人机数据集里的数据输入到芯片中,规范无人机数据集来自从前由其别人进行并供给在机器人社区中的无人机飞翔试验的流图画和加速度计丈量数据的累积。

  Karaman说:“这些试验也是在运动捕捉室里完结的,所以你精确地知道无人机的方位,咱们在过后运用了所有这些信息。”

  节约存储

  关于在FPGA芯片上完结的每个版别的算法,研讨人员调查了芯片在处理输入数据和预算空间方位时所耗费的电量,。

  该团队最有用的规划以每秒20帧的速度处理图画,并精确地预算出无人机在空间中的方位,一起耗费低于2瓦的功率。

  功率节约部分来自关于存储在芯片中的内存数量的修正。Sze和她的搭档发现,他们能够减小算法需求处理的数据量,一起依然取得相同的成果。因此芯片自身能够存储更少的数据,耗费更少的电能。

  Sze说:“在节能方面,存储的价值十分巨大。由于咱们要做动态核算,一旦咱们收到任何芯片的数据,就要尽可能地进行处理,所以咱们能够立刻丢掉它,这使得咱们能够只运用芯片上很少量的存储空间,无需拜访贵重的片外存储器。”

  经过这种方法,团队能够将芯片的存储容量削减到2MB,无需运用片外存储器,而典型的无人机嵌入式核算机芯片运用几GB的片外存储器。

  Sze说:“恣意一种节能方法,都能够让你减小电池的尺度,或许延伸电池寿数,这是更好的挑选。”

  今年夏天,该团队将把FPGA芯片安装在无人机上,以测验它在飞翔中的功能。终究,该团队计划在专用 集成电路 (ASIC)上完结优化算法,ASIC是一种更专业的硬件渠道,可让工程师直接在芯片上规划特定类型的门。

  Karaman说:“咱们以为咱们能够把功耗下降到几百毫瓦,凭借这个渠道,咱们能够进行各种优化,这样能够节约很多电能。”

  这项研讨得到了空军科学研讨处和国家科学基金会的部分支撑。