50%

芯片升级有助于微型无人机导航

2017-07-02 00:01:36 

市场

美国麻省理工学院的Jennifer Chu研究人员去年设计了一款专为帮助蜜蜂大小的无人机导航而设计的微型计算机芯片,现在在尺寸和功耗方面进一步缩小了他们的芯片设计

该团队由Vivienne Sze,助理共同领导麻省理工学院电气工程与计算机科学系(EECS)教授和1948年航空航天副职教授Sertac Karaman从头开始构建完全定制的芯片,重点是降低功耗和尺寸同时也提高了处理速度新的计算机芯片,名为“Navion”,他们在VLSI技术和电路研讨会上展出,只有20平方毫米 - 大约相当于LEGO minifigure的足迹 - 并且仅消耗24毫瓦的功率,或大约为电灯泡供电所需能量的千分之一使用这么小的功率,该芯片能够处理实时相机图像每秒171帧,以及惯性测量,两者都用于确定它在太空中的位置研究人员说,芯片可以集成到像指甲一样小的“纳米电子”中,以帮助车辆导航,特别是全球定位卫星数据不可用的偏远或无法进入的地方芯片设计也可以在需要在有限电源上长时间导航的任何小型机器人或设备上运行“我可以想象将此芯片应用于低能耗机器人就像指甲大小的扑翼飞行器,或像气象气球一样轻于空气的飞行器,必须在一个电池上运行数月,“卡拉曼说,他是信息与决策系统实验室的成员

麻省理工学院的数据,系统和社会研究所“或者想象一下你可以吞下的小药丸等医疗设备,它可以用非常小的电池以智能方式导航,因此它不会在你体内过热我们正在建造的芯片可以帮助所有这些“Sze和Karaman的合着者是EECS研究生Amr Suleiman,他是主要作者; EECS研究生郑正东;和Luca Carlone,他是项目期间的研究科学家,现在是麻省理工学院航空航天系的助理教授一个灵活的芯片在过去的几年里,多个研究小组设计了小型无人机,足以适应你的手掌科学家设想,这些小型车辆可以四处飞行并拍摄周围环境的照片,如蚊子大小的摄影师或测量员,然后降落在手掌中,然后可以轻松存放在手掌中但手掌大小的无人机只能随身携带电池电量很大,其中大部分用于使电机飞行,为其他基本操作留下很少的能量,例如导航,特别是状态估计,或机器人确定空间位置的能力“机器人技术,我们采用现有的现成计算机,并对它们实施[状态估计]算法,因为我们通常不必担心功耗,“卡拉曼“但是在每个需要我们小型化低功耗应用的项目中,我们现在必须以非常不同的方式思考编程的挑战”在他们之前的工作中,Sze和Karaman开始通过算法和硬件的结合来解决这些问题在单个芯片中,他们的初始设计是在现场可编程门阵列或FPGA上实现的,这是一个商业硬件平台,可以配置到给定的应用程序芯片能够使用2瓦的功率执行状态估计,与更大的功率相比,标准无人机通常需要10到30瓦来执行相同的任务仍然,芯片的功耗大于微型无人机通常可以承载的总功率,研究人员估计这个功率大约为100毫瓦

无论是尺寸还是功耗,团队决定从头开始构建芯片而不是重新配置现有设计“这给了我们更多的灵活性他设计的芯片,“Sze说,在世界范围内运行为了降低芯片的功耗,该小组想出了一种设计,以最小化数据量 - 以相机图像和惯性测量的形式 - 存储在芯片上在任何给定时间该设计还优化了这些数据在芯片上的流动方式 “我们将临时存储在芯片上的任何图像,我们实际上是压缩的,所以它需要更少的内存,”Sze说,他是麻省理工学院电子研究实验室的成员

该团队还减少了无关的操作,如作为零的计算,结果为零研究人员找到了一种方法来跳过涉及数据中任何零的计算步骤“这使我们能够避免必须处理和存储所有这些零,所以我们可以减少很多不必要的存储和计算周期,这减少了芯片尺寸和功率,并提高了芯片的处理速度,“Sze说,通过他们的设计,该团队能够将芯片的内存从之前的2兆字节减少到大约08兆字节

团队测试了先前收集的数据集,这些数据集是由无人驾驶飞机在多种环境中产生的,例如办公室和仓库式空间“我们为低功率和高速处理定制芯片时,我们也疯了它具有足够的灵活性,可以适应这些不同的环境以节省更多能源,“Sze说”关键是在灵活性和效率之间找到平衡“芯片还可以重新配置以支持不同的摄像机和惯性测量单元(IMU)传感器从这些测试中,研究人员发现他们能够将芯片的功耗从2瓦降低到24毫瓦,这足以让芯片以每秒171帧的速度处理图像 - 速度甚至比数据集投射的内容团队计划通过在微型赛车上实施其芯片来展示其设计当屏幕显示车载摄像机的实时视频时,研究人员还希望通过实时显示芯片确定其在太空中的位置,以及用于执行此任务的功率量最终,该团队计划在实际无人机上测试芯片,最终在微型无人机上进行测试h部分得到了空军科学研究办公室和国家科学基金会 - 麻省理工学院新闻办公室的支持