新的芯片设计方法可能导致微型智能无人机 2017-06-01 09:03:18

$888.88
所属分类 :基金

麻省理工学院的工程师迈出了设计计算机芯片的第一步,该计算机芯片使用了大型无人机计算机的一小部分功率,专为无人机小型无人机定制

麻省理工学院的工程师团队开发了一种设计高效计算机芯片的方法近年来,工程师们一直致力于缩小无人机技术,制造与大黄蜂大小相当的飞行原型,并装载更加细小的传感器和相机

到目前为止,他们已经设法使小型化几乎每一个部分都小型化

无人机,除了整个操作的大脑 - 计算机芯片用于四轴扫描仪和其他类似尺寸的无人机的标准计算机芯片处理来自摄像机和传感器的大量流数据,并在运行中解释该数据以自主地指导无人机的音调,速度和轨迹要做到这一点,这些计算机使用的功率在10到30瓦之间,由电池提供,这些电池的重量要小得多,蜜蜂大小的无人机现在,麻省理工学院的工程师已经迈出了设计计算机芯片的第一步,该计算机芯片使用的是较大型无人机计算机的一小部分功率,专为无人机小型无人机量身定制

他们将展示一种新的方法和设计,他们称之为“Navion”,本周在麻省理工学院举行的机器人学:科学与系统会议上,由麻省理工学院1948年职业发展副教授Sertac Karaman和副教授Vivienne Sze领导的团队

麻省理工学院电气工程与计算机科学系教授开发了一种低功耗算法,与精简的硬件相结合,创建了一个专用的计算机芯片

他们工作的关键贡献是设计芯片硬件和算法的新方法在芯片上运行“传统上,设计了一种算法,然后将其交给硬件人员来弄清楚如何将算法映射到硬件,”Sze说“但我们通过设计找到了将硬件和算法结合在一起,我们可以实现更大幅度的节能“”我们发现这种编程机器人的新方法,包括共同考虑硬件和算法,是缩小它们的关键,“卡拉曼说,新芯片流程以每秒20帧的速度流式传输图像并自动执行命令以调整无人机在太空中的方向流线型芯片在使用低于2瓦的功率时执行所有这些计算 - 使其比当前无人机嵌入式芯片效率高一个数量级Karaman该团队的设计是设计“能够独立飞行的最小型智能无人机”的第一步

他最终设想了灾难响应和搜索和救援任务,其中昆虫大小的无人机在狭小的空间内进出检查一个倒塌的结构或寻找陷入困境的人卡拉曼还预见到消费电子产品的新用途“想象一下购买一个瓶子lecap大小的无人机,可以与你的手机集成,你可以把它拿出来放在你的手掌上,“他说,”如果你举起一点手,它会感觉到,并开始飞来飞去拍你然后你再次张开手,它会降落在你的手掌上,你可以把这个视频上传到你的手机并与其他人分享“Karaman和Sze的合着者是研究生Zhengdong Zhang和Amr Suleiman,以及研究科学家Luca Carlone From当前迷你玩具原型足够小,可以放在一个人的指尖上,非常轻,只需要1瓦的电力就可以从地面抬起来他们随附的摄像头和传感器需要额外的半瓦来操作“缺失的一块是计算机 - 我们无法在尺寸和功率方面适应它们,“卡拉曼说:”我们需要小型化计算机并使它们具有低功耗“该集团很快意识到传统的芯片设计技术可能不会产生一个足够小的芯片,提供了所需的处理能力,智能地飞行一个小型自动无人机“随着晶体管变得越来越小,效率和速度都有所提高,但速度正在放缓,现在我们必须提出专门的硬件为了提高效率,“Sze说,研究人员决定从头开始构建专用芯片,开发处理数据的算法,以及用于执行数据处理的硬件 调整公式具体来说,研究人员对通常用于确定无人机“自我运动”的现有算法略有改变,或者对其在空间中的位置有所了解

然后,他们在现场可编程门阵列上实现了各种版本的算法(FPGA)一个非常简单的可编程芯片为了形成这个过程,他们开发了一种称为迭代分裂协同设计的方法,可以在实现精度的同时实现精确度,同时降低功耗和门数

典型的FPGA由数十万个组成

断开的门,研究人员可以以所需的模式连接以创建专门的计算元件通过协同设计减少门数,使团队能够选择具有更少门的FPGA芯片,从而节省大量功耗“如果我们不需要某种逻辑或记忆过程,我们不使用它们,这节省了很多力量,“卡拉曼解释每次研究人员调整自我动机在算法上,他们将版本映射到FPGA的门上并将芯片连接到电路板然后他们从标准的无人机数据集中提供芯片数据 - 来自先前无人机飞行实验的流式图像和加速度计测量的累积由其他人提供并提供给机器人社区“这些实验也在动作捕捉室完成,因此你确切知道无人机的位置,事后我们就会使用所有这些信息,”卡拉曼说,每个版本的内存节省在FPGA芯片上实现的算法,研究人员观察了芯片在处理输入数据时消耗的功率量,并估算了其在太空中的最终位置

团队最高效的设计以每秒20帧的速度处理图像并准确估计无人机在太空中的定位,同时消耗不到2瓦的功率节省的功率部分来自于数量的改变存储在芯片中的存储器Sze和她的同事们发现他们能够缩减算法需要处理的数据量,同时仍能实现相同的结果因此,芯片本身能够存储更少的数据并消耗更少的功率“内存在功耗方面确实非常昂贵,”Sze说“由于我们进行动态计算,一旦我们收到芯片上的任何数据,我们就会尝试尽可能多的处理,以便我们可以将其丢弃马上,这使得我们可以在芯片上保留非常少量的内存,而无需访问片外内存,这样更昂贵“通过这种方式,团队能够将芯片的内存存储量减少到2兆字节,而无需使用与用于无人机的典型嵌入式计算机芯片相比,芯片存储器使用大约几千兆字节的片外存储器“任​​何可以降低功率的方式,以便您可以减小电池尺寸或延长电池寿命,更好, “Sze说今年夏天,球队将会登山将FPGA芯片放到无人机上以测试其在飞行中的性能最终,该团队计划在专用集成电路(ASIC)上实施优化算法,这是一种更专业的硬件平台,允许工程师直接设计特定类型的门

芯片“我们认为我们可以将其降低到几百毫瓦”,卡拉曼说:“通过这个平台,我们可以进行各种优化,从而节省大量电能”这项研究部分由空军支持科学研究办公室和国家科学基金会出版物:来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻