麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系的研究團(tuán)隊設(shè)計出只有20平方毫米的微型計算機(jī)芯片，可以實時處理慣性和相機(jī)圖像，它們是無人機(jī)飛行的兩個關(guān)鍵部份。

據(jù)VentureBeat報道，得益于麻省理工學(xué)院(MIT)的研究，未來的無人機(jī)可能只有指甲蓋大小。

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(jī)芯片，專為蜜蜂大小的無人機(jī)導(dǎo)航。如今，該芯片設(shè)計在尺寸和功耗上都進(jìn)一步縮小，處理速度進(jìn)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。

Navion可以集成到指甲一樣小的無人機(jī)中，僅靠一個電池便能夠工作幾個月。

利用微量的功率，該芯片能夠以高達(dá)每秒171幀的速度處理實時相機(jī)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，這比大疆精靈3的圖像處理速度快5.7倍。

研究人員說，該芯片可以集成到指甲大小的“nanodrones”中，在遠(yuǎn)程或難以進(jìn)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。

該小組由麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系（EECS）副教授Vivienne Sze和1948級航空航天學(xué)職業(yè)發(fā)展副教授Sertac Karaman共同領(lǐng)導(dǎo)，從頭開始構(gòu)建一個完全定制的芯片，重點是減少功耗和尺寸，同時提高處理速度。

這并不是該團(tuán)隊參加的第一場微型芯片競賽。去年，該團(tuán)隊使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開發(fā)了一種無人機(jī)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(jī)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(jī)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。

Sertac Karaman表示;“在傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)中，我們使用現(xiàn)現(xiàn)成計算機(jī)，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)?！?/p>

為了進(jìn)一步縮小芯片尺寸和功耗，該團(tuán)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(tuán)隊在先前收集的無人機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集上對芯片進(jìn)行測試，這些無人機(jī)在多種環(huán)境中飛行，如辦公室和倉庫式空間。

麻省理工學(xué)院研究人員設(shè)計的微型無人機(jī)芯片Navion

“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(tuán)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?！斑@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?！?/p>

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(jìn)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(jī)和慣性測量單元（IMU）傳感器。

但是，這種芯片目前還不適合小型無人機(jī)使用。該團(tuán)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(jī)。

Karaman表示：“我可以想象把這個芯片應(yīng)用到低能耗機(jī)器人上，比如指甲大小的機(jī)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(shù)月。這種芯片也可用于醫(yī)療設(shè)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(dǎo)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。”

在過去的幾年中，多個研究小組設(shè)計出的小型無人機(jī)足夠小，可以放在手掌中?？茖W(xué)家們設(shè)想，這樣的小型車輛可以四處飛行，并拍攝周圍環(huán)境的照片，例如蚊子大小的攝影師或測量員，然后降落在手掌中，然后輕松存放。

但是，一架手掌大小的無人機(jī)只能攜帶不多的電池能量，其中大部分是用來為它的馬達(dá)提供的的，幾乎沒有為其他基本操作提供能量，比如導(dǎo)航，特別是狀態(tài)評估，或者能夠確定它在空中的位置。

有了這種芯片，更智能、更小、運行時間更長的無人機(jī)可能即將問世。去年，研究人員設(shè)計了一種小到足以驅(qū)動“納米無人機(jī)”或其他蜜蜂大小的無人機(jī)的計算機(jī)芯片。今年的版本更小更強(qiáng)大。

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

研究人員本周將在VLSI技術(shù)和電路研討會上展示這種芯片，這是一個世界頂尖技術(shù)專家交流想法的會議。