近日，麻省理工學(xué)院(MIT)研究出一款如同指甲般大小的無人機，小巧玲瓏到能在人耳邊嗡嗡作響地飛行。

“麻雀雖小但五臟俱全”，這款無人機精巧但實用的原因，還得歸功于電氣工程和計算機科學(xué)系的團隊。他們設(shè)計了一個約20平方毫米的計算機芯片，可以實時處理慣性和相機圖像，這些都是無人機飛行的兩個關(guān)鍵部件。

去年，麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計出一種微型計算機芯片，專為蜜蜂大小的無人機導(dǎo)航。

如今，該芯片設(shè)計在尺寸和功耗上都進一步縮小，處理速度進一步提高。該升級版芯片被命名為Navion，只有20平方毫米大小，僅僅消耗24毫瓦電能，約等于燈泡供電所需能量的千分之一。

利用微量的功率，該芯片能夠以高達每秒171幀的速度處理實時相機圖像以及慣性測量，這兩種方法都可以用來確定它在空中的位置。相關(guān)研究人員說，該芯片可以集成到指甲大小的“nanodrones”中，在遠程或難以進入的地方，全球定位衛(wèi)星數(shù)據(jù)不可用的時候幫助導(dǎo)航。

該團隊使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開發(fā)了一種無人機控制芯片，該芯片能夠使用2瓦的功率執(zhí)行狀態(tài)估計，而較大的標(biāo)準(zhǔn)無人機通常需要10至30瓦來執(zhí)行相同的任務(wù)。盡管如此，該芯片的功耗仍然高于微型無人機通常能夠承載的功耗總量，研究人員估計其功耗約為100毫瓦。

（團隊一員）Sertac Karaman表示:“在傳統(tǒng)的機器人技術(shù)中，我們使用現(xiàn)成計算機，并在它們上面部署(狀態(tài)估計)算法，因為我們通常不必?fù)?dān)心功耗。但在每一個需要我們縮小低功耗應(yīng)用的項目中，我們必須以一種截然不同的方式考慮編程面臨的挑戰(zhàn)?！?/span>

為了進一步縮小芯片尺寸和功耗，該團隊決定從頭開始開發(fā)芯片，而不是重新配置現(xiàn)有設(shè)計。他們找到了一種方法，可以將任何時間存儲在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)量最小化，將芯片的功耗降低到24毫瓦，并將其內(nèi)存大小從之前的2MB降低到0.8MB。該團隊在先前收集的無人機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集上對芯片進行測試，這些無人機在多種環(huán)境中飛行，如辦公室和倉庫式空間。

“任何我們暫時存儲在芯片上的圖像，實際上都是壓縮的，所以它需要更少的內(nèi)存，”麻省理工學(xué)院電子研究實驗室的成員Sze說。該團隊還減少了無關(guān)的操作，例如計算零點，這會導(dǎo)致零點。研究人員找到了一種方法來跳過涉及數(shù)據(jù)中任何零的計算步驟。“這讓我們避免了必須處理和存儲所有這些零，因此我們可以減少大量不必要的存儲和計算周期，從而降低芯片尺寸和功耗，并提高芯片的處理速度?！?/span>

Sze說，“雖然我們?yōu)榈凸暮透咚偬幚淼奶匦远ㄖ屏诵酒?，但我們也使其具有足夠的靈活性，以便它能夠適應(yīng)這些不同的環(huán)境，進一步節(jié)約能源，關(guān)鍵是在靈活性和效率之間找到平衡?！痹撔酒€可以重新配置，以支持不同的攝像機和慣性測量單元（IMU）傳感器。

去年，該團隊研究人員設(shè)計了一種小到足以驅(qū)動“納米無人機”或其他蜜蜂大小的無人機的計算機芯片今，然而，今年的版本更小更強大。

微型無人機可以使用這種芯片來幫助導(dǎo)航，特別是在偏遠或無法進入的地方。需要長時間運行的小型機器人或設(shè)備也可以從這種芯片的節(jié)能特性中獲益。

文本 ▎麻省理工科技評論

Aitechyun、Techweb報道

圖源 ▎網(wǎng)絡(luò)