模拟人脑和人眼，中科院发明专用处理器和仿生眼
10.03.2017 11:09
本文来源: 科学技术委员会
人脑虽然在计算速度上不如电脑，但在理解能力、创造能力、性能功耗比等许多方面远超电脑。如何通过模拟人脑，开发出更强大的人工智能系统？这是世界科技前沿的一大研究方向。为了占得先机，上海正在围绕张江综合性国家科学中心建设，组织开展“类脑智能科技行动计划”，已取得一批即将产业化的成果。
中科院计算技术研究所专家发明的“寒武纪1A”，模拟人脑神经元和突触，是世界首款商用深度学习专用处理器。在“脑-智工程”推动下，开发这个项目的企业已落户上海。人脑信息的83%来自视觉，中科院上海微系统与信息技术研究所专家模拟人眼、小脑和脑干，发明了仿生眼。今后，仿生眼有望与“寒武纪1A”结合，让机器人更智慧。
“寒武纪”将引爆人工智能
随着“阿尔法狗”（AlphaGo）完胜人类棋手，以深度学习为核心技术的人工智能在全球炙手可热。不过，“阿尔法狗”的身躯十分庞大，不但使用了约170个图形处理器和1200个中央处理器，还需要海量的机房设备、高昂的运维成本。这限制了人工智能在我们工作、生活中的推广应用。
能否开发出一款适合深度学习的深度神经元网络处理器，让智能机器的体积大幅缩小，性能却不降反升？中科院计算技术研究所的陈云霁、陈天石兄弟给出了世界首创的解答。陈氏兄弟都毕业于中科大少年班，哥哥陈云霁研究芯片，弟弟陈天石主攻人工智能，所以两人思考未来科技发展的方向时，很自然地决定合作，开发人工智能芯片。
2016世界互联网大会上，中科院计算技术研究所发布了他俩领衔研发的“寒武纪1A”，这是世界上第一款模拟人脑神经元和突触的深度神经元网络处理器，性能非常强大，每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触，但功耗只有市场上最先进智核芯片的1/10。之所以取名“寒武纪”，是因为生命演化史上有著名的“寒武纪大爆发”，陈氏兄弟希望这款处理器也具有引爆效应，开启人工智能时代。
中科院计算技术研究所专家在世界互联网大会上发布“寒武纪1A”
建设具有全球影响力的科技创新中心，需要集聚各地一流人才和项目。在临港管委会的推动下，上海寒武纪信息科技有限公司已成立。公司总裁王在博士介绍，他们正在进行机房建设和人员引进。上海高校、科研院所、创新型企业集聚，给了寒武纪广阔的合作空间和产品应用市场。
目前，寒武纪公司在与多家企业洽谈合作，把“寒武纪1A”用于智能手机、安防监控、可穿戴设备、无人机、智能驾驶等各类终端设备。王在表示，在运行主流智能算法时，这款专用处理器的性能功耗比全面超越CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）。公司还在研发服务器芯片，其性能更为强大，会应用于大数据分析、智能金融、智慧城市等诸多领域。
让机器拥有人眼独特本领
如果把深度神经元网络处理器看作智能机器的大脑，那么机器人的视觉、听觉、语言等功能，也需要实现智能化。为此，“脑—智工程”由中科院上海分院副院长张旭院士负责，集聚了爱观视觉、科大讯飞、新松机器人等一批高技术企业和科研团队，希望通过它们的协同创新，推进类脑智能技术和产业发展。
中科院上海微系统与信息技术所研究员、爱观视觉创始人张晓林带队发明的仿生眼，与“寒武纪1A”一样，属于全球首创。张晓林兼有工科和医科专业背景，这让他想到了用机器模拟人眼及其相关的人脑结构。与摄像机相比，人眼有很多独特的本领：一是左右眼能自动调节，始终保持一定的位置关系，从而获取立体图像；二是防震，能够在颠簸等环境中获取稳定的图像；三是能对一个物体进行跟踪；四是随意切换对象，想看哪儿就看哪儿。
经过多年研发，仿生眼已在中科院上海微系统所的实验室诞生。它们都有会动的眼珠，左右眼协同工作，具备人眼的基本功能。记者看到，装有仿生眼的机器人能自行走出实验室，在走廊里避开各种障碍物后返回；识别出一张人脸后，眼珠能随着他的移动而转动，始终“盯牢”；对准一只乒乓球的仿生眼，能一下子转变方向，对准另一只乒乓球。
仿生眼有眼珠，而且能随着目标物体的移动而转动。 用仿生眼自动拍摄3D视频
在此基础上，张晓林团队发明了“全自动3D摄像机”。据介绍，目前的3D视频拍摄需要两台摄像机，拍摄后要做大量后期处理，而拥有仿生眼的“全自动3D摄像机”能像人眼那样直接采集3D图像，而且拍摄中可随意变焦。这台机器还装有控制盒，模拟人的小脑和脑干功能。“人脑的这些部位都参与视觉构建，所以我们要开发与之相仿的控制系统。”张晓林解释说。今后，这种系统可与模拟大脑的系统连在一起。
除了拍摄3D视频，仿生眼还有许多可大显身手的地方。它已安装在新松双臂机器人身上，将用于工业流水线，能准确地抓取物品。它还有望应用于汽车无人驾驶、无人机导航、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）、体育赛事全自动跟拍等领域。
装有仿生眼的机器人可在移动中自主避障。
能在千米高空看清地面动物的鹰眼，也是张晓林团队的仿生对象。与只有一个中心凹的人眼不同，鹰眼有一深一浅两个中心凹。在空中，老鹰用单眼的深中心凹搜寻地面动物，视力极佳，但没有立体感；俯冲时，改用有立体感的双眼观看，从而准确抓住目标。为了开发“电子鹰眼”，科研人员采用3台全自动3D摄像机，其中一台可变焦30倍左右的摄像机模拟鹰眼的深中心凹，取得了很好的效果。这种设备今后能用于远距离监控、侦查等领域，让鹰眼为人类服务。（作者 俞陶然） 【来源】上海观察
本文来源: 科学技术委员会
10.03.2017 11:09