原创 “机器之眼”:新型自动驾驶芯片探测危险速度比人类快四倍
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2026-02-12 13:18:44
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视觉处理速度提升400%,可显著提高自动驾驶汽车、无人机及机器人的安全性。

一支跨国研究团队发布了一套用于自主机器的新型安全系统,据称其对危险的响应速度比人脑更快。研究详细阐述了来自中国、英国、中国香港、沙特阿拉伯和美国的科学家如何构建一种基于硬件的“反射机制”,以加速自动化驾驶决策。

这项突破回应了机器人技术与自动驾驶领域长期存在的担忧:机器在解读视觉数据并应对突发危险时,通常比人类耗时更长。

以每小时50英里的速度行驶时,自动驾驶车辆需约0.5秒对障碍物作出反应。在这段时间内,车辆在制动前可能已驶出约43英尺(约13.1米)。相比之下,人脑的反应时间约为0.15秒。

机器反应时间为何成为安全风险

即便配备先进处理器,逐帧分析高清图像仍需耗时。计算机必须判断画面中何物在移动、移动方向以及是否构成威胁。这种延迟引发了外界对机器人在不可预测环境中运行、无人机及自动驾驶汽车安全性的担忧。

在真实交通环境中,分秒之差至关重要。响应稍慢可能意味着制动距离延长、碰撞风险上升。如何在保持精度的前提下缩小人类感知与机器处理之间的反应差距,一直是工程师面临的难题。

研究团队聚焦于从硬件层面解决该问题,而非仅依赖软件升级。他们的目标是在不完全重新设计现有摄像系统的基础上,实现更快速的决策。

受人类视觉启发的硬件“反射”

科学家以人类视觉机制为蓝本设计该系统。人脑并不会分析场景中的每一处细节,而是快速察觉突发运动或变化并先行反应,细致处理紧随其后。

该系统的核心是一块二维突触晶体管阵列,被描述为高灵敏度运动探测芯片。它遵循“先滤波后处理”的原则:芯片首先滤除无关视觉信息,仅识别场景中的关键变化。

该晶体管仅需100微秒即可感知图像变化,远超人眼感知速度。它能够将运动信息保持超过1万秒,并在超过8000个工作周期内无性能损耗。

捕捉到画面后,芯片会忽略完整图像,仅记录运动物体。这些筛选出的信号随后被传输至标准计算机视觉算法进行深度分析。据研究显示,该方法比传统图像处理方式快10倍以上。

汽车、无人机、机器人性能均获提升

实验室测试中,该系统处理运动数据的速度比现有最先进算法快四倍。在理想条件下,其反应表现甚至超越人类水平。

研究人员报告称,在驾驶测试中危险探测性能提升213.5%,机械臂物体抓取能力提升740.9%。在现实场景中,效率虽有轻微下降,但仍优于现有自主系统。

在时速50英里的情况下,约0.2秒的反应时间提升可使制动距离缩短约14.4英尺(约4.4米)。论文共同通讯作者、北京航空航天大学副教授高硕表示:“我们的方法实现了四倍提速,在利用时间先验保持甚至提升精度的同时,超越了人类水平。”

“我们并未完全推翻现有摄像系统,而是通过硬件插件的方式,让现有计算机视觉算法运行速度提升四倍,这在工程应用中更具实用价值。”他解释道:“交通事故中,这4米距离往往决定着是发生碰撞还是险情化解。”

对于小型无人机,反应时间缩减至少三分之一,续航能力与飞行性能均获改善。高硕补充道:“该项目必将推动与中国车企及无人机企业的深度合作。”

“我们希望为自动驾驶汽车配备这种‘硬件级反射’系统,使其在应对突发路况时能够比人类更灵敏地响应,从而从根本上提升无人系统的安全性。”

该研究发表于同行评议期刊《自然·通讯》。

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