“仿生眼”為上海地鐵運(yùn)營保駕護(hù)航 應(yīng)用多個(gè)領(lǐng)域

市級(jí)科技重大專項(xiàng)催生類腦智能成果，已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域

“仿生眼”為上海地鐵運(yùn)營保駕護(hù)航

人眼是大自然進(jìn)化的杰作，機(jī)器人眼睛可否仿造人眼獲得優(yōu)越的性能？記者近日從市科委獲悉，承擔(dān)上海市級(jí)科技重大專項(xiàng)“腦與類腦智能基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”重要任務(wù)之一的中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研發(fā)的弓網(wǎng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在上海申通地鐵集團(tuán)的支持下，已安裝在上海地鐵18號(hào)線列車上。這套系統(tǒng)采用“仿生眼”原創(chuàng)技術(shù)，許多性能優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)方案。上海申通地鐵集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人表示，它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、安裝靈活，成本也低，測試結(jié)果達(dá)到使用需求。

機(jī)器人眼睛擁有人眼功能

“我已研究‘仿生眼’20多年，目前處在產(chǎn)業(yè)化階段，全球市場上還沒有同類設(shè)備�！敝锌圃荷虾Ｎ⑾到y(tǒng)所仿生視覺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任張曉林說。擁有工學(xué)、醫(yī)學(xué)專業(yè)背景的他，長期研究學(xué)科交叉領(lǐng)域，利用電子信息技術(shù)將人眼、鷹眼等生物視覺系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程化，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出多款“仿生眼”產(chǎn)品。

在仿生視覺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，記者看到一個(gè)“萌態(tài)可掬”的機(jī)器人，圓圓的臉上裝有兩只“仿生眼”。與傳統(tǒng)的固定雙目相機(jī)不同，這個(gè)機(jī)器人的眼珠會(huì)跟隨目標(biāo)物體轉(zhuǎn)動(dòng)，就像人眼一樣。“他在看你了�！睆垥粤謱�(duì)記者說。此時(shí)記者發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人在幾個(gè)人中鎖定了自己，記者走到哪兒，它的眼珠就轉(zhuǎn)到哪個(gè)方向。與機(jī)器人眼睛連接的計(jì)算機(jī)軟件顯示出它看到的所有人，軟件能識(shí)別人和多種物體。軟件界面上還有深度圖，用各種顏色顯示機(jī)器人看到的東西與它的距離。“這是實(shí)時(shí)三維空間測距，人眼的這個(gè)功能，‘仿生眼’也有�！�

據(jù)介紹，人眼有很多我們?nèi)沼枚�不知的本領(lǐng)，如獲取三維空間信息的雙眼協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、追蹤移動(dòng)物體的平滑運(yùn)動(dòng)、能在晃頭和顛簸環(huán)境中看清物體的前庭動(dòng)眼反射、能將“周邊視”中感興趣或危險(xiǎn)物體迅速切入“中心視”的視機(jī)性跳躍運(yùn)動(dòng)。這些本領(lǐng)都來自眼球與小腦、中腦、腦干的協(xié)同工作，而辨識(shí)物體、看懂文字等本領(lǐng)，還需要大腦參與。張曉林團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“仿生眼”，是具有腦干、小腦、中腦、大腦整體功能的智能仿生系統(tǒng)。由于功能接近人眼，它的應(yīng)用前景十分廣闊，在很多場景中，其性能優(yōu)于目前主流的激光雷達(dá)和固定雙目相機(jī)。

車頂“雙眼”監(jiān)測弓網(wǎng)關(guān)系

“仿生眼”進(jìn)入軌道交通應(yīng)用場景，始于深圳地鐵11號(hào)線運(yùn)營單位的求助。這條線2016年6月開通運(yùn)營后，遇到弓網(wǎng)關(guān)系不佳的問題。張曉林團(tuán)隊(duì)軌交弓網(wǎng)監(jiān)測項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吳麗介紹，無論是地鐵還是高鐵，通過架空接觸網(wǎng)供電的列車上都裝有受電弓，它升起后與高壓接觸網(wǎng)相連，為列車輸入電能。弓網(wǎng)關(guān)系對(duì)軌道交通運(yùn)營非常重要，弓網(wǎng)關(guān)系異常是地鐵運(yùn)營故障的主因之一。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測弓網(wǎng)關(guān)系并及時(shí)預(yù)警，是確保軌交線路長期正常運(yùn)營的重要手段。

深圳地鐵11號(hào)線運(yùn)營方想在列車頂上安裝高度不超過90毫米的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測設(shè)備，市場上這種監(jiān)測設(shè)備都比較大，達(dá)不到要求，于是找到了張曉林團(tuán)隊(duì)。從此，他們開始研制基于仿生視覺的弓網(wǎng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)，迄今已參與復(fù)興號(hào)動(dòng)車組以及上海地鐵1號(hào)線、上海地鐵13號(hào)線、北京地鐵6號(hào)線等軌交線路弓網(wǎng)檢測的研發(fā)項(xiàng)目。作為產(chǎn)品，這套系統(tǒng)已安裝在上海地鐵18號(hào)線和西安地鐵5號(hào)線的列車上。

在這一應(yīng)用場景中，“仿生眼”核心技術(shù)顯示出類腦智能的優(yōu)勢。安裝在列車頂部的雙眼模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)，測定受電弓和接觸網(wǎng)的三維坐標(biāo)、姿態(tài)、結(jié)構(gòu)完整性和可見光燃弧。“視覺傳感器都需要標(biāo)定，列車頂部的多變環(huán)境給標(biāo)定工作帶來挑戰(zhàn)�！眳躯愔赋隽恕胺律�眼”的另一個(gè)優(yōu)勢，即技術(shù)人員可通過軟件操作對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，不必到車頂調(diào)整硬件模塊。與市場上主流的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)相比，“仿生眼”還有體積小、重量輕、耗電量低、無光污染、擴(kuò)展性強(qiáng)、安裝速度快等優(yōu)勢。在類腦處理器的協(xié)調(diào)下，雙眼系統(tǒng)的紫外傳感器、紅外相機(jī)等部件共同監(jiān)測受電弓和接觸網(wǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)異常情況，就會(huì)發(fā)出預(yù)警。

“5億多年前，生物眼睛的誕生引發(fā)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)�！睆垥粤指锌�道，“希望仿生視覺系統(tǒng)的誕生，能迎來機(jī)器人發(fā)展史上的‘寒武紀(jì)’。”如今，“仿生眼”核心技術(shù)已應(yīng)用于雙臂協(xié)作機(jī)器人、三維影像拍攝等領(lǐng)域。在市級(jí)科技重大專項(xiàng)的支持下，張曉林團(tuán)隊(duì)還在研發(fā)自主移動(dòng)機(jī)器人，這種工業(yè)機(jī)器人能抓取物件并在移動(dòng)中自主避障。