新晶元將AI植入微型無人機 可以自動飛行
修改後的Crazyflie 2.0無人機，寬度只有4英寸。
本文由騰訊數碼獨家發布
歐洲工程師說，他們造出世界最小的自主飛行旋翼無人機，這架無人機植入了AI系統，而且AI的運行只需要消耗很小的電能。這是一個重要的進步，他們的最終目標是用自動導航微型無人機（只有4英寸寬，或者更窄）組成機群，它們可以攜帶各種裝備，比如環境感測器、微型攝像頭，執行安全或者檢查任務。
要讓無人機螺旋槳不斷旋轉，電池電力是一個問題。如果是廉價的玩具機型，可以飛大約5分鐘，大型專業無人機可以飛30分鐘，能夠執行調查任務，或者拍電影。博洛尼亞大學（University of Bologna）和瑞士聯邦技術學院（Swiss Federal Technology Institute）的研究人員大大減輕了無人機的重量，能耗也大幅降低。
月初時，他們發表研究報告，披露研究成果。研究人員給Crazyflie 2.0無人機裝上攝像頭、處理器和定製神經網路。Crazyflie 2.0無人機售價180美元，深受黑客喜愛。神經網路消耗的能量很少，不到1/100瓦（94毫瓦），只有無人機電源功耗的1%，無人機重27克。AI系統只消耗細微的電量，電路板也只有5克重，所以不會對無人機的續航時間造成太多影響。
研究人員盧奎爾西奧（Antonio Loquercio）在郵件中表示：「我們還沒有對無人機進行廣泛的測試，但是從最初的測試可以看出，飛大約5分鐘之後就會沒電了。」Crazyflie製造商Bitcraze宣稱如果不做調整，可以飛7分鐘，盧奎爾西奧認為這個數字太樂觀。
盧奎爾西奧還說，電池續航時間還不完美，有漫長的路要走。他說：「如果能自主飛行30分鐘就好了。如此一來，就可以將無人機用在中型倉庫，它可以飛回充電站。」雖然離目標還很遙遠，但是新技術至少為無人機增加了自主飛行能力，而且沒有犧牲電池續航時間。
這是一塊無人機定製電路板，叫作PULP Shield，重量只有5克，功耗不到一瓦。
電子大腦
在不久的將來，AI與數字監控將會跳出無人機範疇，向其它領域擴張，在這架小無人機身上，我們提前看到了未來。
研究團隊開發的自主微型無人機安裝一個小小的移動晶元，名字叫作GAP8，它有8個內核，專門針對人工智慧應用優化過，比如圖像識別、分析。
GAP8是根據微晶元架構RISC-V開發的。大家可能對RISC並不熟悉，其實這種技術已經無處不在。RISC最早是在80年代出現的，後來成為移動處理器的基石，成為筆記本、台式CPU的關鍵部分。RISC是「Reduced Instruction Set Computer」（精簡指令集計算機）的縮寫，它會執行簡單而非複雜的運算任務，節省電能。3月份，RISC的發明者拿到了圖靈獎。
RISC-V是新的開源技術。研究人員用它開發超低功耗計算平台，不只用在無人機上，還可以用在各類聯網設備上，也就是所謂的物聯網設備。RISC聯合發明人戴夫·帕特森（Dave Patterson）在郵件中說：「RISC-V效率非常高，而且是開放平台，所以特別合適物聯網設備使用。我們很快就會看到更多聰明的RISC-V產品出現。」
修改後的AI加上PULP Shield電路板，功耗只佔整個無人機功耗的很小一部分。
削減代碼
有一種神經網路已經用在大型無人機上，這個網路叫作DroNet，神經網路本身已經很精簡，如何進一步精準，放進節能晶元，裝進更輕的無人機，這是研究人員要解決的問題，他們取得突破。最開始時，研究人員降低網路精準度，將數字精準度降到更小的位數。然後他們減少虛擬神經元的層級，神經層會分析圖像和數字精度，從一層傳到另一層。
最後，研究人員修改代碼，讓它們在晶元的8個內核上運行，採用並行處理方式運算，這樣就可以節省內存空間，節省電能。高端智能手機晶元的運行速度大約是GAP8的16倍。因為要節能，所以網路處理圖片的速度被降低，從每秒20幀降到12幀。雖然在各方面做出犧牲，但是網路的運行速度仍然很快，可以精準識別障礙物，在半秒之內警告無人機。盧奎爾西奧說：「Crazyflie 2.0每秒飛4米，神經網路的處理速度足夠快了。」
在微型無人機正式起飛之前，團隊先要對DroNet進行修改定製，用於真實的導航環境。研究人員先收集視頻，用汽車攝像頭收集，讓騎自行車的人或者徒步旅行者收集。強大的台式機計算機花了6小時處理數據，削減代碼，然後裝進Crazyflie無人機的大腦。盧奎爾西奧說：「只要下載我們發布的源代碼，任何人都可以用性能適中的台式計算機檢驗我們的結果。」
DroNet只支持無人機橫向運動，所以無人機只能從一側飛向另一側，避開障礙物，不能從障礙物上方或者下方飛過。盧奎爾西奧說：「今年某個時間點我們會推出新版系統，打破這種限制。」
新設計不會很快變成真實產品。盧奎爾西奧表示：「還有許多技術和演算法問題要解決，然後才能變成真實產品。我相信，在未來5年之內，我們能在控制性環境中讓技術變得實用，比如工業領域，倉庫環境。如果想在野外使用，可能還要等一等。」
這個項目向我們證明，複雜AI可以在小小的晶元上運行，只需要消耗微小的電能，可以用在幾乎任何地方。研究人員說，他們的技術不只可以用在無人機上，還可以放進其它小設備，讓設備持續觀察世界。這是一個鼓舞人心的消息，還是讓人不安？具體要看你是怎麼認為的：AI系統監視我們的生活，到底是好還是壞？
來源：fastcompany
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