«Машинный глаз»: новый чип реагирует на опасность в 4 раза быстрее человека
Международная команда разработала чип, ускоряющий реакцию беспилотников в 4 раза. Аппаратный «рефлекс» имитирует зрение человека и сокращает тормозной путь на 4,4 метра. Технология уже прошла испытания и описана в Nature Communications.
Международная группа ученых из Китая, Великобритании, Гонконга, Саудовской Аравии и США создала аппаратный чип, который ускоряет реакцию беспилотных автомобилей в четыре раза по сравнению с человеком. Разработка решает фундаментальную проблему робототехники. Современные машины тратят слишком много времени на анализ изображений, что делает их уязвимыми в критических ситуациях.
При скорости 80 км/ч стандартному автопилоту требуется около 0,5 секунды на распознавание препятствия. За это время автомобиль проезжает 13 метров до начала торможения. Человеческий мозг реагирует за 0,15 секунды. Каждая доля секунды на высокой скорости снижает шанс избежать столкновения. Инженеры долго пытались сократить этот разрыв, но программные методы почти исчерпали свой потенциал.
Исследователи пошли другим путем. Они не стали усложнять алгоритмы, а создали аппаратный «рефлекс», встроенный прямо в систему обработки изображений. Чип работает по образцу человеческого зрения. Мозг не анализирует каждую пылинку в кадре. Сначала он замечает само движение, а уже потом разбирает детали. Новая система действует так же. Она отсеивает статичный фон и фиксирует только то, что движется.
В основе чипа лежит двумерный массив синаптических транзисторов. Устройство обнаруживает изменение в кадре всего за 100 микросекунд. Это быстрее, чем способен воспринимать даже тренированный глаз. Чип сохраняет информацию о движении более 10 тысяч секунд и выдерживает свыше 8 тысяч циклов без потери качества.
После захвата кадра система игнорирует неподвижные объекты и передает на обработку только сигналы от движущихся целей. Такой подход оказался в 10 раз быстрее традиционных методов. Стандартным алгоритмам компьютерного зрения не нужно больше перемалывать гигабайты фоновых данных. Они получают только самое важное.
В лабораторных испытаниях система обрабатывала визуальную информацию в четыре раза быстрее существующих аналогов. В идеальных условиях чип даже превзошел по скорости реакцию человека. Исследователи зафиксировали рост эффективности распознавания опасных ситуаций на 213 процентов. Роботизированные манипуляторы стали захватывать объекты быстрее почти в 7,5 раза.
На реальных дорогах показатели немного снизились, но результат остался впечатляющим. Сокращение времени реакции на 0,2 секунды уменьшает тормозной путь на 4,4 метра при скорости 80 км/ч. Гао Шуо, соавтор исследования и доцент Бэйханского университета, подчеркивает: «В аварии эти четыре метра часто решают, произойдет столкновение или все обойдется».
Важное преимущество технологии - совместимость. Чип не требует полной замены камер и бортовых компьютеров. Он работает как ускоритель, подключаемый к существующей оптике. «Мы не отказываемся от текущей системы, а делаем ее в четыре раза быстрее с помощью аппаратного модуля. Это имеет большое практическое значение», - пояснил Гао.
Для небольших дронов эффект оказался еще заметнее. Время реакции сократилось минимум на треть. Это повысило маневренность и энергоэффективность летательных аппаратов. Ученые уже ведут переговоры с китайскими автопроизводителями и компаниями, выпускающими дроны. Цель - оснастить серийные беспилотники системой «рефлексов аппаратного уровня».
Исследование опубликовано в авторитетном журнале Nature Communications. Если технология выйдет в промышленное производство, безопасность автономного транспорта выйдет на принципиально новый уровень. Машины перестанут быть просто «зрячими». Они начнут реагировать быстрее людей.