智能機(jī)器的再次崛起正改變世界

您試過(guò)用智能手機(jī)“召喚”汽車駛出停車位嗎?您知道現(xiàn)在很多精細(xì)的外科手術(shù)都是由機(jī)器人手臂操作完成的嗎?您聽說(shuō)過(guò)無(wú)人機(jī)能自動(dòng)跟蹤GPS飛行路線，并安全著陸，毫發(fā)無(wú)損嗎?

目前，機(jī)器人甚至已經(jīng)成為小到吸塵器、大到教育或信息電子產(chǎn)品的一部分。

事實(shí)上，半導(dǎo)體技術(shù)的驚人發(fā)展已經(jīng)引發(fā)了自主機(jī)器和人工智能的復(fù)興。目前，機(jī)器正在越來(lái)越多地執(zhí)行那些以往只有人類才能完成的任務(wù)，而這種轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)世界帶來(lái)的影響是令人期待的。

智能機(jī)器的重新崛起，尤其是無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和半自主駕駛車輛，已經(jīng)從新生事物演變成無(wú)數(shù)的商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用。這些機(jī)器所包含的電子部件數(shù)量增長(zhǎng)迅速，從而實(shí)現(xiàn)了很多全新的功能，例如高精度控制和環(huán)境識(shí)別，即在沒(méi)有物理接近或?qū)ｉT要求此類信息的情況下，對(duì)于一個(gè)人周圍環(huán)境的綜合識(shí)別。前幾代的工業(yè)機(jī)器人或隊(duì)列行駛車輛幾乎都是預(yù)定程序以執(zhí)行高精度的重復(fù)作業(yè)。而現(xiàn)代自主機(jī)器具有非常鮮明的特點(diǎn)，包括與人類的交互功能、處理突發(fā)事件的能力以及快速學(xué)習(xí)的能力。所有這些特性都要求更強(qiáng)的環(huán)境識(shí)別功能、更高的智能化和更強(qiáng)的控制能力在背后提供支持。

專門針對(duì)人工智能的兩個(gè)應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)與控制。監(jiān)測(cè)應(yīng)用通常負(fù)責(zé)處理由互聯(lián)網(wǎng)或大量傳感器生成的大數(shù)據(jù)。對(duì)于巨大且持續(xù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別需要服務(wù)器和處理器具有極高的處理能力。諸如安全、醫(yī)療診斷和市場(chǎng)營(yíng)銷等數(shù)不勝數(shù)的大量應(yīng)用都依賴數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)。另一方面，控制應(yīng)用要求對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以及對(duì)制動(dòng)器和電機(jī)進(jìn)行自主控制。自主駕駛車輛、無(wú)人機(jī)和新一代機(jī)器人都被歸為這一范疇。

德州儀器(TI)首席技術(shù)官Ahmad Bahai表示，三項(xiàng)使能技術(shù)合力促成了此次智能機(jī)器的重新崛起：

1. 感測(cè)：由于半導(dǎo)體和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的進(jìn)步，部署于自主系統(tǒng)內(nèi)的大范圍環(huán)境識(shí)別和視覺(jué)傳感器的價(jià)格已經(jīng)變得可以承擔(dān)。雖然諸如攝像頭、雷達(dá)和LIDAR等視覺(jué)傳感器對(duì)于很多自主系統(tǒng)十分關(guān)鍵，但其它那些需要較低處理能力的環(huán)境傳感器卻更加常見。高精度扭矩、溫度和磁性傳感器融合可以提供豐富的觸覺(jué)、接近度和周圍環(huán)境信息;這使得機(jī)器人能夠與人類交互，并安全有效地處理突發(fā)狀況。這與人類和動(dòng)物體內(nèi)的很多生物系統(tǒng)類似，它們可以對(duì)硬度、熱度和磁場(chǎng)強(qiáng)度做出反應(yīng)，并且具有很多其它非視覺(jué)的感測(cè)能力。

基于這些感測(cè)技術(shù)，視覺(jué)分析自然而然成為了主流技術(shù)，這是因?yàn)樗惴ê吞幚砥髡谧兊迷絹?lái)越強(qiáng)大，而價(jià)格也越來(lái)越親民。機(jī)器視覺(jué)被長(zhǎng)期應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)類應(yīng)用中(比如游戲機(jī))，但是自主系統(tǒng)的任務(wù)關(guān)鍵性需要更高性能以及更高可靠性的機(jī)器視覺(jué)。正因如此，我們現(xiàn)在才能看到汽車、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)內(nèi)應(yīng)用的大量高分辨率攝像頭。這些自主系統(tǒng)正在充分利用視覺(jué)算法和立體照相機(jī)技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)勢(shì)，而這些照相機(jī)內(nèi)則擁有進(jìn)行深度探測(cè)和融合的先進(jìn)處理器。

具有250米延展范圍，精度達(dá)到幾微米(通常這兩項(xiàng)技術(shù)規(guī)格不能同時(shí)實(shí)現(xiàn))的全集成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 雷達(dá)在光學(xué)視覺(jué)不可用或無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)(比如在大雨、下雪或霧中駕車時(shí))，能夠跟攝像頭功能進(jìn)行有效的互補(bǔ)。LIDAR能夠借助高聚焦激光束來(lái)實(shí)時(shí)提供機(jī)器周圍更加詳實(shí)的地圖。

2. 處理能力：強(qiáng)大處理能力的出現(xiàn)，連同先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法已經(jīng)為機(jī)器視覺(jué)的高效和高可靠性、模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)能力做出巨大貢獻(xiàn)。大量的圖形處理器(GPU)、仿生處理器、以及多核超長(zhǎng)指令字?jǐn)?shù)字信號(hào)處理器(VLIW DSP)的豐富產(chǎn)品組合已經(jīng)使廣泛的視覺(jué)子系統(tǒng)成為可能。具有大量輔助加速器，針對(duì)深度學(xué)習(xí)和圖像處理的浮點(diǎn)運(yùn)算(Teraflops)超級(jí)GPU是復(fù)合型高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的關(guān)鍵。然而，很多自主系統(tǒng)是由電池供電的，它們的處理能量預(yù)算有限，并且要求高能效處理。高性能多核DSP配備用于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的加速器，可以為移動(dòng)機(jī)器人和無(wú)人機(jī)等系統(tǒng)提供它們所需的此類高能效處理能力。一款典型的多核DSP，比如TI C7X，可以提供比GPU功耗更低、物料清單(BOM)更少的處理，并且具有更高的延展性。

3. 電機(jī)和制動(dòng)器控制：電機(jī)已經(jīng)取代了自主機(jī)器內(nèi)的很多液壓和機(jī)械系統(tǒng)。電機(jī)和智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的效率提升已經(jīng)幫助機(jī)器人和無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了高精度運(yùn)動(dòng)。雖然電動(dòng)汽車?yán)昧烁袘?yīng)交流電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器更高效率的優(yōu)勢(shì)，但很多輕型機(jī)器人和無(wú)人機(jī)仍然使用無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)它們所需要的高效率和零維護(hù)。TI具有廣泛的柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品組合，例如DRV8X產(chǎn)品系列，能提供智能柵極驅(qū)動(dòng)功能和高集成度，以實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化和緊湊的電路板設(shè)計(jì)。具有集成傳感器、故障診斷和智能電源管理的電機(jī)對(duì)于自主系統(tǒng)中的高精度和高扭矩應(yīng)用至關(guān)重要。

盡管有來(lái)自技術(shù)和其它方面的挑戰(zhàn)，智能機(jī)器正在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜絹?lái)越重要的作用。它們從新生事物到日常使用的轉(zhuǎn)型也正慢慢凸顯出來(lái)。電子產(chǎn)品和創(chuàng)新型應(yīng)用的快速進(jìn)步表明，智能系統(tǒng)的崛起將會(huì)一直持續(xù)。新一代自主機(jī)器將為我們提供有效的解決方案，讓我們一起迎接它的到來(lái)吧!