清華大學(xué)跨領(lǐng)域集成電機(jī)與生科團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出教無人機(jī)、機(jī)器人及自動駕駛汽車像昆蟲一樣“看”的仿生物視覺技術(shù)，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(jìn)間識別、關(guān)注，并避開障礙物，可應(yīng)用在自動搜救與勘災(zāi)、無人巡檢、智能監(jiān)控、智能醫(yī)療及智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

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

主持這項(xiàng)大型研究計(jì)劃的清華電機(jī)系教授鄭桂忠表示，目前的“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)必須完整存儲所有數(shù)字圖片，再計(jì)算每幀圖片與前一幀的差異，不僅速度慢、耗電且很占用內(nèi)存，應(yīng)用在無人機(jī)上則因太重，飛不快又飛不遠(yuǎn)。

為取得突破，清華電機(jī)團(tuán)隊(duì)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(yuǎn)近及移動速度，只截取所見景物的輪廓及幾何特征，來辨認(rèn)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(fèi)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(shù)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(lǐng)域仿生視覺團(tuán)隊(duì)教授呂仁碩、謝志成、羅中泉、鄭桂忠。 （Source：清華大學(xué)）

鄭桂忠讓計(jì)算機(jī)算法向生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，正是所謂的“剪枝”及“稀疏化”，把不重要的部分運(yùn)算權(quán)重調(diào)為零，進(jìn)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(nèi)存內(nèi)直接進(jìn)行計(jì)算，不必在內(nèi)存與CPU之間來回搬運(yùn)資料計(jì)算、存儲，可節(jié)省9成的功耗與時(shí)間。

團(tuán)隊(duì)中的電機(jī)系教授謝志成負(fù)責(zé)開發(fā)傳感器內(nèi)運(yùn)算，如應(yīng)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(jì)算機(jī)的識別系統(tǒng)比對來者是誰，由于不需要細(xì)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(jī)系副教授呂仁碩是集成軟硬件的仿神經(jīng)智能芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)師，攜手團(tuán)隊(duì)與臺灣IC設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)廠商及臺積電合作，開發(fā)新時(shí)代AI芯片，目前正開發(fā)無人機(jī)的關(guān)鍵主芯片，創(chuàng)建仿生無人機(jī)的必要自主技術(shù)。

這個(gè)由生科與電機(jī)教授跨領(lǐng)域組成的團(tuán)隊(duì)成軍4年，已取得許多重要突破，但回想組團(tuán)之初，花許多時(shí)間磨合，生科“擔(dān)當(dāng)”羅中泉每每講到果蠅的某種功能多聰明，電機(jī)教授都要問一句“這個(gè)運(yùn)算要多少bit（計(jì)算機(jī)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(jī)工程就這么難？”

羅中泉的浪漫逐漸感染原來一心只想“這個(gè)要怎么做出來？”的電機(jī)系教授，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來運(yùn)用新技術(shù)，制作出體積比無人機(jī)還小的“搜救小蜜蜂”，可當(dāng)?shù)卣鸬葹?zāi)害發(fā)生時(shí)，穿越瓦礫與險(xiǎn)境及時(shí)救人，并運(yùn)用新時(shí)代無人機(jī)體積小的特性，開發(fā)可匿蹤的無人機(jī)。