科技 | MIT团队研发最新微型无人机导航芯片,耗能仅有普通灯泡的千分之一

麻省理工学院的研究人员们在去年设计了一款微型芯片,专门用于帮助微型无人机导航——如今,他们的芯片经历了一次升级,不仅变得更小,耗能也大幅减少。 [原创文章:www.ii77.com]


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该团队由 MIT 电气工程与计算机科学(EECS)系助理教授 Vivienne Sze 和航空与航天系助理教授 Sertac Karaman 共同领导。他们从头开始定制了这一枚能耗低、体积小,同时提升了处理速度的芯片。



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这种芯片也可以被用于需要长时间导航,但能量存储有限的小型机器人或其它机械设备。

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灵活的芯片

 

在过去几年里,不少研究团队都设计制造了仅有手掌大小的微型无人机。科学家们设想,这样的小型无人机可以四处飞行并拍摄周围环境的照片。完成任务后,无人机可以回到使用者的手掌中,并且很容易被储存起来。

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不过,一个手掌大小的无人机所能搭载的电池非常有限,并且大部分电能都不得不被用于电机工作。除此之外,仅有非常少的电能被用于其它基本操作,比如导航或状态估计,也就是确定其本身在空中的位置。


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在 Sze 和 Karaman 此前的研究中,他们已经尝试将算法和硬件结合在他们设计的芯片中,从而试图解决这一问题。他们的初始设计利用了 FPGA,也就是一种可以根据应用进行配置的商用硬件..。在这种情况下,芯片能够在 2 瓦特功率下进行自身状态估计,在大型无人机所需的 10-30 瓦特基础上降低了很多。尽管如此,2 瓦特的能耗依旧大于普通微型无人机所能搭载的电池功率——一般的微型无人机电池功率仅有 100 毫瓦左右。


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在世界中大展身手

 

为了减少芯片的能耗,研究团队的新设计中尽可能减少了任何给定时间内芯片中存储的数据量,包括存储的图像与惯性测量数据。新设计也优化了数据在芯片中的路径。

 

“我们会压缩任何需要临时存储在芯片上的图像,因此它就能少占用一些空间。”Sze 说。Sze 领导的麻省理工学院电子研究实验室(the Research Laboratory of Electronics)团队也减少了芯片中不必要的操作,例如一些和零相关、结果为零的运算——研究人员们找到了一种方法,能够跳过任何涉及零的计算。Sze 评价说:“这能让我们避免处理和存储这些零,因此我们可以减少大量不必要的存储和计算周期,从而降低芯片尺寸和能耗,并提高芯片的处理速度。”

 

通过这一最新的设计,研究者们将芯片的存储空间从 2MB 降低到了约 0.8MB。研究者们使用之前在不同环境下(例如工作场所、仓库等)收集的无人机飞行数据库对新的芯片进行了测试。

 

“我们不仅让芯片的能耗更少、运算速度更快,我们同时让它能够灵活地适应不同环境,从而进一步节约能源。”Sze 说,“关键在于寻找‘灵活’和‘高效’的平衡点。”该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。

 

通过测试,研究者们发现他们能将芯片的能耗从此前的 2 瓦特降低到 24 毫瓦。24 毫瓦能支持芯片处理每秒 171 帧的图像——这一效率比收集数据库时无人机的效率还要高。

 

研究者们计划让一辆微型赛车搭载芯片,从而进行对这一新设计的展示。他们希望由一个屏幕显示车载摄像头的实时视频,同时显示芯片计算出的空中的位置,以及这项任务的耗能功率。此后,该团队计划在一架真正的无人机上测试该芯片,并最终在微型无人机上进行测试。


来源:DeepTech深科技

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