清華大學跨領域集成電機與生科團隊，研發(fā)出教無人機、機器人及自動駕駛汽車像昆蟲一樣“看”的仿生物視覺技術，打造仿視神經(jīng)AI智能芯片，未來只要一枚低功耗的芯片搭配鏡頭，就能在高速行進間識別、關注，并避開障礙物，可應用在自動搜救與勘災、無人巡檢、智能監(jiān)控、智能醫(yī)療及智能農(nóng)業(yè)領域。

仿生視覺團隊的研究成果除發(fā)布在多項國際頂尖期刊，如《自然電子學》（Nature Electronics）、IEEE固態(tài)電路期刊（JSSC），并獲得科技部2021未來科技獎的肯定。

主持這項大型研究計劃的清華電機系教授鄭桂忠表示，目前的“計算機動態(tài)視覺”就像拍電影一樣，是由一張張連續(xù)拍攝的靜態(tài)圖片組成，計算機必須完整存儲所有數(shù)字圖片，再計算每幀圖片與前一幀的差異，不僅速度慢、耗電且很占用內存，應用在無人機上則因太重，飛不快又飛不遠。

為取得突破，清華電機團隊邀請生科院教授羅中泉合作。羅中泉研究昆蟲的視覺與空間感知，從小小的果蠅、蜜蜂得到啟發(fā)，推演出“光流法”，也就是從光的流動來判斷周邊物體的遠近及移動速度，只截取所見景物的輪廓及幾何特征，來辨認障礙物及移動中的物體。

羅中泉解釋，這就像我們走在路上，不需太費力看清楚并記憶眼前所有建筑物、招牌、人物特征、車牌號碼，只用少許的注意力來看是否有車形或人形物體快速靠近就，新的技術可以讓鏡頭專注于畫面中的“變化”，如有人招手、球飛過來，只抓取必要資料，就能加快圖片處理速度、減少耗電。

左起為清華跨領域仿生視覺團隊教授呂仁碩、謝志成、羅中泉、鄭桂忠。 （Source：清華大學）

鄭桂忠讓計算機算法向生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡學習，正是所謂的“剪枝”及“稀疏化”，把不重要的部分運算權重調為零，進行忽視，零越多，算得愈快，耗電也越少，并取得重大突破，可在內存內直接進行計算，不必在內存與CPU之間來回搬運資料計算、存儲，可節(jié)省9成的功耗與時間。

團隊中的電機系教授謝志成負責開發(fā)傳感器內運算，如應用于智能監(jiān)視或門禁系統(tǒng)，只需要簡單的鏡頭就可以判斷畫面上是否有人出現(xiàn)，還是不相干的狗或貓，一旦鏡頭判斷有人，再會將人臉資料傳到計算機的識別系統(tǒng)比對來者是誰，由于不需要細部分析每幀畫面所有信息，只需幾微瓦的電力就夠了，約等于一只燈泡百萬分之一的用電量。

電機系副教授呂仁碩是集成軟硬件的仿神經(jīng)智能芯片架構設計師，攜手團隊與臺灣IC設計領導廠商及臺積電合作，開發(fā)新時代AI芯片，目前正開發(fā)無人機的關鍵主芯片，創(chuàng)建仿生無人機的必要自主技術。

這個由生科與電機教授跨領域組成的團隊成軍4年，已取得許多重要突破，但回想組團之初，花許多時間磨合，生科“擔當”羅中泉每每講到果蠅的某種功能多聰明，電機教授都要問一句“這個運算要多少bit（計算機位元）？”令羅中泉哭笑不得，直言“對生物來說很自然簡單的事，為何變成電機工程就這么難？”

羅中泉的浪漫逐漸感染原來一心只想“這個要怎么做出來？”的電機系教授，團隊計劃未來運用新技術，制作出體積比無人機還小的“搜救小蜜蜂”，可當?shù)卣鸬葹暮Πl(fā)生時，穿越瓦礫與險境及時救人，并運用新時代無人機體積小的特性，開發(fā)可匿蹤的無人機。