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)沼枚恢谋绢I(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)!眳躯愔赋隽恕胺律邸钡牧硪粋(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,“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。