麻省理工利用定制芯片加快機器人運動速度

麻省理工學院的研究人員正在尋求解決機器人處理信息速度非常之快和移動速度相對較慢之間的巨大差距，他們正在使用一種叫做 “機器人形態(tài)計算 ”的東西來實現(xiàn)這一目標。這種方法由麻省理工學院計算機科學與人工智能（CSAIL）畢業(yè)生Sabrina Neuman博士設(shè)計，其結(jié)果是定制的計算機芯片可以提供硬件加速，以此來加快響應(yīng)時間。

為一個非常特定的目的定制芯片并不新鮮，但隨著公司和技術(shù)專家希望在功率和計算限制更保守的設(shè)備上進行更多的本地計算，而不是通過網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)往返于大型數(shù)據(jù)中心。在這種情況下，該方法涉及創(chuàng)建超特定的芯片，這些芯片是根據(jù)機器人的物理布局和及其預期用途設(shè)計的。通過考慮機器人對周圍環(huán)境的感知、對其在這些環(huán)境中的位置的映射和理解，以及由上述映射和所需動作產(chǎn)生的運動規(guī)劃等方面的要求，研究人員可以設(shè)計出處理芯片，通過用硬件加速補充軟件算法，大大提高最后一個階段的效率。

大多數(shù)人經(jīng)常遇到的硬件加速的經(jīng)典例子就是圖形處理單元，或者說GPU。GPU本質(zhì)上是一個專門為處理圖形計算操作任務(wù)而設(shè)計的處理器，比如顯示渲染和視頻播放。GPU之所以受歡迎，是因為幾乎所有的現(xiàn)代計算機都會運行到圖形密集型應(yīng)用，但由于更多可定制和高效的小型芯片制造技術(shù)的出現(xiàn)，用于一系列不同功能的定制芯片最近變得更加流行。

現(xiàn)在MIT新聞介紹了Neuman機器人控制硬件芯片設(shè)計情況。該系統(tǒng)創(chuàng)建了一個定制的硬件設(shè)計，以最好地滿足特定機器人的計算需求。用戶輸入機器人的參數(shù)，比如它的肢體布局和各個關(guān)節(jié)的運動方式。Neuman系統(tǒng)將這些物理屬性轉(zhuǎn)化為數(shù)學矩陣。這些矩陣是 “稀疏的”，這意味著它們包含許多零值，這些零值大致對應(yīng)于給定機器人特殊解剖結(jié)構(gòu)下不可能的動作。

然后，該系統(tǒng)設(shè)計了一個專門的硬件架構(gòu)，只對矩陣中的非零值運行計算。因此，所產(chǎn)生的芯片設(shè)計是量身定做的，以最大限度地提高機器人計算需求的效率。而這種定制化設(shè)計在測試中得到了回報。Neuman的團隊使用了一種現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），這有點像介于完全定制芯片和現(xiàn)成CPU之間的中間點，它的性能明顯優(yōu)于后者。

讓機器人對環(huán)境做出更快的反應(yīng)并不僅僅是為了提高制造速度和效率，這也是為了讓機器人在人類與機器人并肩工作和協(xié)作的情況下更加安全地工作。這仍然是機器人技術(shù)在日常生活中更廣泛使用的重要障礙，這意味著這項研究可以幫助未來人類和機器人和諧共存。

責任編輯：haq