機(jī)器反應(yīng)速度與人類(lèi)大腦的差距一直是自動(dòng)駕駛技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。然而，最近一項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)家參與研發(fā)的國(guó)際研究可能正在改變這一局面。
讓我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題：一輛以80公里時(shí)速行駛的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，如果檢測(cè)到前方危險(xiǎn)需要0.5秒才能做出反應(yīng)，而人類(lèi)駕駛員只需要0.15秒。這0.35秒的差距意味著車(chē)輛在停下前將額外行駛13米。在交通事故中，這13米往往是生與死的距離。
即便是先進(jìn)處理器，在分析高清圖像識(shí)別移動(dòng)物體及其軌跡時(shí)，速度也遠(yuǎn)遜于人類(lèi)。這種延遲引發(fā)了對(duì)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)及自動(dòng)駕駛車(chē)輛的安全性根本性擔(dān)憂。
由北京航空航天大學(xué)、香港城市大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)等中外合作者組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，從人類(lèi)視覺(jué)機(jī)制中找到了突破口，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出更快的反應(yīng)系統(tǒng)。
北京航空航天大學(xué)副教授高碩表示：“我們的方法實(shí)現(xiàn)了400%的速度提升，在保持或提高精度的同時(shí)超越了人類(lèi)水平。”關(guān)鍵在于，他們沒(méi)有完全推翻現(xiàn)有的攝像系統(tǒng)，而是通過(guò)硬件插件的方式，讓現(xiàn)有計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的運(yùn)行速度提升了四倍。
研究團(tuán)隊(duì)觀察到，當(dāng)人類(lèi)遭遇突發(fā)障礙物時(shí)，視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先響應(yīng)移動(dòng)物體，而不是處理整個(gè)視野的所有信息，這種“選擇性注意”機(jī)制成為了他們?cè)O(shè)計(jì)新系統(tǒng)的靈感來(lái)源。
該技術(shù)的核心是一個(gè)基于二維突觸晶體管陣列的硬件系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種高靈敏度的“運(yùn)動(dòng)檢測(cè)”芯片。這個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)了“先濾波后處理”的動(dòng)態(tài)機(jī)制，具備三大核心能力：首先，它能在100微秒內(nèi)檢測(cè)圖像變化，這個(gè)速度遠(yuǎn)超人類(lèi)感知;其次，它可以存儲(chǔ)超過(guò)10000秒的運(yùn)動(dòng)信息;第三，它能夠持續(xù)運(yùn)行8000多個(gè)操作周期而不影響性能。
工作流程是這樣的：捕捉到圖像幀后，該芯片能忽略完整畫(huà)面，僅記錄關(guān)鍵變化并標(biāo)記所有“移動(dòng)物體”，隨后將數(shù)據(jù)傳遞給標(biāo)準(zhǔn)視覺(jué)算法進(jìn)行深度分析。論文指出，這個(gè)流程的速度比傳統(tǒng)方法快十倍以上。
研究團(tuán)隊(duì)在自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航和機(jī)械臂操作等多個(gè)場(chǎng)景中測(cè)試了該系統(tǒng)。結(jié)果顯示，該硬件處理運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的速度是當(dāng)前頂尖算法的四倍，在理想實(shí)驗(yàn)室條件下甚至超越了人類(lèi)表現(xiàn)。
測(cè)試顯示，該系統(tǒng)在駕駛中的危險(xiǎn)識(shí)別能力提升213.5%，機(jī)械臂抓取物體能力提升了驚人的740.9%。
在實(shí)際路測(cè)中，系統(tǒng)效率雖略有下降，但仍優(yōu)于現(xiàn)有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。研究人員指出，約0.2秒的響應(yīng)提升可使時(shí)速80公里的車(chē)輛制動(dòng)距離縮短4.4米。
高教授強(qiáng)調(diào)：“交通事故中，這4米往往決定著碰撞是否發(fā)生，還是驚險(xiǎn)躲過(guò)?！?/p>
在小型無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，該系統(tǒng)至少將反應(yīng)時(shí)間縮短三分之一，顯著提升了續(xù)航能力和性能表現(xiàn)。對(duì)于需要快速反應(yīng)的無(wú)人機(jī)應(yīng)用，如快遞配送、緊急救援等，這一進(jìn)步具有重要意義。
高博士強(qiáng)調(diào)：“該項(xiàng)目必將推動(dòng)與中國(guó)汽車(chē)及無(wú)人機(jī)企業(yè)的深度合作，我們期望為自動(dòng)駕駛車(chē)輛配備這種硬件級(jí)反射系統(tǒng)，使其在應(yīng)對(duì)突發(fā)路況時(shí)比人類(lèi)反應(yīng)更敏銳，從而從根本上提升無(wú)人系統(tǒng)的安全性?！?/p>
