位置:文匯資訊 >> 資訊 >> 科教 >> 數碼 >> 詳細內容 在線投稿

微型無人機兵團:會組隊搭積木、鑽呼啦圈

收藏 發給朋友 來源: 文匯報   發佈者:京辰
瀏覽21449次 時間:2016年7月11日 21:25
切瑞·默里博士在體驗相機陣列。

別以為無人機只送送戒指、拍個航拍,美國賓夕法尼亞大學教授研發小型無人機已經能夠集結成一個團隊,協同搭出一個積木城堡;未來的計算機芯片可能會變成方形,因為晶體管將會被設計成層層疊起;現在的虛擬現實(VR)採用的是傳統建模,未來光場渲染的VR真可讓人眼以為眼前的一切就是真實……上海科技大學信息科學與技術學院日前舉辦的2016信息科學與技術國際學術會議(SSIST)和2016新興器件、電路和系統研討會(SWEDCS)上,來自世界各國的頂尖科學帶來了許多尚在實驗室中的奇思妙想,這些充滿未來感的技術和應用,挑戰著各種現有技術的極限———技術就這樣不斷推進、不斷創新。

微型無人機兵團:會組隊搭積木、鑽呼啦圈

提到無人機,別總想著航拍、送貨,在學術會議上,來自美國賓夕法尼亞大學的維吉·庫馬爾教授和哈佛大學的魏谷巖教授分別帶來了他們正在試驗中的微型無人機,可以組隊搭積木建築、鑽呼啦圈、還會給花朵授粉,它還會游泳。

掌上無人機是庫馬爾教授對未來無人機的設想———以更低成本、更靈活的方式,讓無人機執行更多複雜任務。這個看似簡單的設想,其實充滿了現實的技術挑戰。

最具挑戰性的是讓這麼多無人機協同工作。讓一架無人機提起一瓶水很容易,讓兩架一起提,難度就來了,若要讓四五架無人機共同提起一瓶水,它們之間的相互協同、平衡,就需要高超的軟硬件控制技術。通過視頻,庫馬爾教授演示了他的最新成果:讓十幾架手掌大小的無人機繞八字飛行、多架無人機協同搭起一個積木城堡……

「多機聯合,如何協作是難題。」上科大信息學院助理教授劉曉培介紹,由於機型迷你,各種傳感器要高度集成,「要將數字、模擬元器件集成在一個很小的芯片上,本來就很困難,更何況各種傳感器並非都使用硅材料,集成難度更大」。

不過,想到微型無人機的應用前景,科學家還是很願意為之努力。目前,對微型無人機很有需求的是精準農業。現在噴灑農藥需要動用飛機,成本太高,且農藥噴灑粗放、效率不高。庫馬爾教授說,如果使用微型無人機,甚至可以精確偵測到哪幾棵果樹生病,再定向將藥物噴灑到病樹上———這將大大減少人工勞動。

比起手掌大小的無人機,魏谷巖教授的微型蜜蜂機器人,只有一美分硬幣那麼大。可這「小蜜蜂」真的可以找到花朵、為花朵授粉,它還會游泳、停棲在一片樹葉上,甚至在一個房間裡兜上一圈,就能重建出建築的三維結構圖。「無人機往微型化發展,會是這個產業的發展趨勢之一。」魏谷巖教授說,或許哪天,在家中、辦公室、工廠裡,到處會有精靈一樣的飛行機器人為人類提供各種服務。

光場VR:人眼的真實還需軟硬件突破

如今火熱的虛擬現實技術其實還都停留在非常初級的階段,在SSIST上,專家提出了各種虛擬現實有待提高的地方:雙目立體感、單目重聚焦和移動視差還沒法同時實現;水流、煙霧、葉片飄落等模擬真實環境動力學過程的場景,現在還無法實時表現,這受制於VR設備的計算能力;很多VR設備必須拖一根「辮子」,這根「辮子」其實是一根通信線,如果想要「剪」掉它,則會對無線通信提出更高的要求,而目前無線通信的帶寬無法滿足其要求;現在的VR場景中,人與虛擬環境的交互還不夠精細,要真能像現實中那樣去拿起一樣東西,必須進一步提高傳感器的定位精度……

在這次會議上,上科大信息學院虞晶怡教授展示了一種光場VR的技術。現在所謂的VR,往往只是360度環視技術,這實際上是一個20年前的舊技術,利用三維建模將真實世界中的物體投射到虛擬世界中。可是,人眼是最完美的相機,360度環視的三維圖像並不能讓人眼滿足,產生與觀看真實世界一樣的感覺。而光場VR則試圖捕捉所有的光線,來構建起一個虛擬真實的視場。

虞晶怡解釋,人眼有三個特點,一是雙目視覺,對世界產生縱深立體的判斷;二是單目重聚焦,通過對物體不同距離的聚焦,判斷出物體的位置;三是移動視差,當物體移動的時候,可以從物體位置、大小的變化,來辨認物體的位置。去年,他在上科大建起了VR中心,還帶領科研團隊參與了舞台劇《戰馬》的全景拍攝。

這個實驗室裡有一個80台相機組成的陣列,可以將現實中的物體從不同角度拍攝下來,拼出一個完整的圖像。「美國能源部科學辦公室主任切瑞·默裡博士帶隊訪問上科大時,我讓她在相機陣列裡採集了三維數據,並將這些數據輸入到3D打印機中,當晚就打印出了一個小塑像送給她作為紀念品。」虞晶怡說,其實,科學家還在研製光場相機,它好像昆蟲的複眼,有很多稜鏡組成,只要對著物體掃一掃,就能拍出可以完成動態聚焦的圖像,將它映射到虛擬現實中。目前,上科大VR中心正在研發自己的光場相機,以降低設備成本。

未來芯片:摩爾定律走到盡頭了嗎?

不管是無人機,還是VR,它們都離不開計算、通信,而實現這一切的核心之一就是集成電路芯片。在SWEDCS上,關於未來芯片將如何發展引起了專家的熱烈討論。

摩爾定律走到盡頭了嗎? 這個問題已經被提出不止十年,至今仍在爭議中。

在美國工程院院士、2015年美國最高科技獎得主、加州大學伯克利分校胡正明教授看來,它還將繼續有效,但會換一種方式。芯片上晶體管的集成度看上去已達到了物理極限,比如晶體管的特徵尺寸已經到了22納米,不過這個瓶頸最終將出現在5納米。再接下來,集成電路芯片可以採取三維設———如果現在的芯片都只是「一層平房」,今後芯片則可能是「多層樓房」,甚至是「高樓」。這將給集成電路產業帶來巨大的挑戰,因為所有現有生產工藝都將隨之改變。他舉了一個簡單例子,當「樓層」多了之後,芯片如何有效散熱? 是否需要設計納米管道通過冷卻液來帶走熱量?

而美國普渡大學教授考希克·羅伊則嘗試從基礎元器件的改變來引發創新。他最新的嘗試,是利用電子自旋產生磁場,利用磁場的南北極性來替代晶體管通電、斷電狀態。這種方法的好處是,由於磁場有記憶,即使遭遇斷電,存儲在新型緩存中的信息也不會丟失。

試圖從整個計算機產業的系統層面入手,通過多個層面的整合來提高效率,是美國工程院院士、美國得克薩斯大學奧斯丁分校耶爾·帕特教授正在進行的嘗試。過去幾十年,計算機系統習慣採取分層式研發模式,每個小組完成一個層面的設計,由多個小組來共同完成一個系統的設計並不斷升級。可他認為,這造成了分工過細、各層級之間無法溝通整合的問題,如果有人或團隊可以對多個層面進行整體思考與設計,將可進一步降低功耗、提高系統效率。

TAG: 上海科技 博士 呼啦圈 戒指
免責聲明:本文僅代表作者個人觀點,與文匯網無關。文中陳述內容及其原創性未經本站證實,對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關內容。
上一篇 下一篇

今日點擊排行

周點擊排行