麻省理工学院开发微型计算机芯片 推动无人机小型化发展

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楼主 2018-11-27 20:21:47
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近年来,研究人员致力于发展无人机小型化技术,建造如蜜蜂一般大小的无人机原型,并装载极小的传感器和相机。目前,除了主控整体操作的计算机芯片以外,无人机的其他部件已经实现小型化。

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研究成果

目前,四旋翼及其他类似尺寸无人机的计算机芯片可以处理相机和传感器的大量数据,并解读飞行数据来自主控制无人机的方向、速度和轨迹。为完成这些操作,计算机的功耗一般需要10~30瓦,由电池供电,这将加重微型无人机的负担。

美国麻省理工学院(MIT)的工程师已开始设计一款微型计算机芯片,这种芯片专为瓶盖大小的无人机量身定做,其功耗仅是较大型无人机计算机芯片的一小部分。他们将在MIT本周举行的“机器人:科学与系统会议”上展示新的方法论和名为“Navion”的芯片设计。

MIT航空航天系副教授卡拉曼和电气工程与计算机科学系副教授薇薇安·施共同领导团队开发了一种低功耗算法,结合精巧的硬件,以研制新型计算机芯片。

团队的主要贡献是采用新方法设计芯片硬件和在芯片上运行的算法。通过将硬件和算法设计在一起,可以节省更多的功耗。还发现,这种同时考虑硬件和算法的编程新方法,是缩减功耗和尺寸的关键。

新型芯片可以每秒20帧的速度处理图像,并自动执行指令调整无人机飞行方向。这种新型芯片运行所有这些计算的功耗低至2瓦以下,效率比现有的嵌入式芯片提高了一个数量级。

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节省内存

节省的功耗部分来自芯片内存数量的改变。施教授和团队发现,保证结果相同的前提下,可缩减需处理的数据量。因此,芯片本身存储的数据更少,消耗的电量也更少。

依靠这样的方法,团队得以将芯片的内存减少到2MB,且不必使用芯片外存储器,而嵌入式计算机芯片通常使用几个GB的芯片外存储器。

施教授表示,任何降低功耗的方法都可以缩减电池的大小或更好地延长电池寿命。

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应用前景

卡拉曼表示,该设计是开发微型智能无人机自主飞行的第一步。这种昆虫大小的无人机未来将参与防灾和搜救任务,从狭窄的空间进出,检查受损结构或寻找被困人员。

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后续计划

研究团队计划在今夏把FPGA芯片安装到无人机上,在飞行中测试其性能。最后团队计划将优化的算法在一个专用集成电路(ASIC)上运行,这种更加专业的硬件平台允许工程师设计特定类型的逻辑,直接应用到芯片上。

团队预计可将芯片的功耗降低到几百毫瓦的水平。使用ASIC平台,还可展开优化,节省更大的功耗。

来源:美国纳米科技网/图片来自互联网

中国国防科技信息中心  袁政英

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