麻省理工學院電氣工程和計算機科學系的一個團隊設計出了一個只有20平方毫米的微型計算機芯片,該芯片可以實時處理慣性和相機圖像,后兩者是無人機飛行的兩個關鍵部件。
該團隊專注于降低功耗,縮小尺寸,同時也試圖提高處理速度。這并不是該團隊參加的第一場微型芯片競賽。去年,該團隊使用現場可編程門陣列(FPGA,一種高度可配置的集成電路)開發了一種無人機控制芯片,該芯片只需2瓦特的功率和2GB的內存。但是要縮小設計并不容易。
航空航天學副教授、該項目的首席研究員謝塔克•卡拉曼(Sertac Karaman)表示;“在傳統的機器人技術中,我們使用現現成計算機,并在它們上面部署(狀態估計)算法,因為我們通常不必擔心功耗。但在每一個需要我們縮小低功耗應用的項目中,我們必須以一種截然不同的方式考慮編程面臨的挑戰。”
最終,研究人員決定從頭開始構建新的芯片。他們找到了一種方法,可以將任何時間存儲在內存中的數據量最小化,將芯片的功耗降低到24毫瓦,并將其內存大小降低到0.8MB。他們還優化了圖像處理的設計。
該芯片可以以高達每秒171幀的速度處理實時相機圖像,比團隊預計的速度還要快。這種芯片目前還不適合小型無人機使用。
該團隊的概念驗證將是一輛小型賽車,該車配有車載攝像頭,可以實時播放視頻。接下來,它計劃把它打造成真正的無人機。
卡拉曼表示:“我可以想象把這個芯片應用到低能耗機器人上,比如指甲大小的機翼飛行器,或者像氣象氣球這樣的比空氣輕的飛行器,它們需要使用電池才能運行數月。這種芯片也可用于醫療設備中,比如你吞下的小藥丸,它使用非常小的電池以智能方式導航,這樣它就不會在你的身體里過熱。我們正在打造的芯片可以幫助解決所有這些問題。”
有了這種芯片,更智能、更小、運行時間更長的無人機可能即將問世。去年,研究人員設計了一種小到足以驅動“納米無人機”或其他蜜蜂大小的無人機的計算機芯片。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備也可以從這種芯片的節能特性中獲益。
研究人員本周將在VLSI技術和電路研討會上展示這種芯片,這是一個世界頂尖技術專家交流想法的會議。