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未来智能作战,中国准备得怎么样了?

原标题:未来智能作战,中国准备得怎么样了?

在这个领域,中国的研究成果如何呢?

无人机、无人车、无人艇、无人潜航器等已经成为他国高度关注的技术发力点,大量无人装备已经在现实战争中表现出很强的战斗力。面对未来装备高度智能化、无人化的技术发展趋势,中国又在哪些关键技术领域加紧研究呢?6月25日,老刘有幸走进中国电科集团信息科学研究院(简称“智能院”),试图了解中国在相关领域前沿智能科技的发展。

未来智能作战,中国准备得怎么样了?

机器人跳舞画面。在《茉莉花》的伴奏之下跳得相当妩媚动人。

从随《茉莉花》起舞的机器人说起。

说到无人系统,人们最容易想到的就是人形机器人。老刘在智能院参观时首先看到的就是一个会跳舞的机器人,外形有点像比较常见的服务机器人,但它智能化程度很高,舞艺一看就是受过高人“训练”。

老刘还发现一个细节:在接收到语音命令、开始跳舞前,它会主动提示人退到安全距离之外。据智能院认知与智能重点实验室副主任张峰介绍,这个机器人是智能院平时开展智能无人技术研究的一个基础平台,目前集成了院内三项主要成果,一是在机器人前端集成了智能院自主研制的“海雀”认知处理器,以实现机器人在前端的边缘智能。如果按照传统的方式,需要将机器人探测到的海量信息传回后端处理,一旦网络带宽受限甚至网络本身受限时,将导致机器人无法及时判断反应;而加载了“海雀”之后,机器人可以在前端进行感知推理,以及轻量级的信息智能预处理,然后再将预处理后的数据回传,这明显减轻了网络通信的压力。

二是智能院结合共性和垂直领域的智能应用需求,在云端构建了一个由大规模深度学习集群组成的庞大“云脑”,集成了语音声纹处理、机器视觉、自然语言理解、自主导航定位等核心算法,能够根据前端传回的视、听、触、感信息进行计算推理,再将行为指令反馈至前端机器人。

三是智能院利用机器人在未知环境下的自主漫游能力,通过摄像头、激光雷达等传感器对现场环境进行扫描,采用先进的多模态融合建模算法,在云端构建虚实映射的数字孪生空间,让机器人在虚拟空间中进行自主漫游与学习训练,迭代达到对环境的自适应能力。

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现场展示机器人的自主感知环境能力。

据专家介绍,通常机器人在室外是通过GPS、北斗系统来实现定位,而在城市楼宇、深山密林、洞穴中则存在导航信号微弱的情况,此时无人平台就需要具备自主感知环境的能力。

老刘在现场看到,另一个小机器人可以通过视觉相机等传感器实现对周边未知环境的动态感知和自主行动,并展示了三维地图实时构建和自主定位能力。三维地图中除包含机器人前进的轨迹、空间几何结构信息之外,还能看到丰富的颜色以及纹理信息。

同时,随着机器人运动,三维地图还可以实现增量更新。据介绍,如果在洞穴等黑暗环境下,机器人会使用红外相机感知环境,再通过深度学习算法识别人、植物、物体等目标,并依然可以探测出与特定目标之间的位置信息。

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除了陆地上活动的机器人,现场展示的仿生机器鱼智能探测系统也备受关注。这条机器鱼外形看起来像是小号的鲨鱼。根据现场的视频解说,针对智能仿生水下生态环境的探测需求,智能院自主设计研制了国内首款仿鲨鱼的智能探测系统,仿生鲨鱼模仿鲨鱼摆尾动作实现水下游动,重达100多公斤,下潜深度100米,续航时间数小时。

据了解,机器鱼采用智能院自主研制的协同任务处理单元,集成了控制、探测、通信等设备。该机器鱼已进行实景样机测试,可应用于水下目标探测以及水文信息采集、水下矿产探测、海洋生物检测等场景。

“蜂群”、“狼群”未来能混合协同吗?

同类设备成体系的操作与协同,正在成为全球关注的前沿技术之一,比如无人机“蜂群”战术,波士顿动力则在研制“狗群”协同。除了单个智能系统的研制成果,电科在其他方向有哪些成果呢?

张峰对老刘表示,目前能够看到的落地的无人系统,比如在智能制造、物流投送、仓储搬运、导航服务等领域,其中涉及的无人设备在智能化程度上,尤其是无人设备的自主性和学习进化能力上,还有一定距离。结合国际科技前沿热点、智能院的使命定位以及阶段性成果,未来智能院将瞄准智能技术赋能无人系统,在三个方向发力:一是虚实融合。通过构建与物理环境相同的数字环境,实现对异构无人系统的虚拟空间智能学习训练,然后再把形成的能力映射到物理世界中的实体无人系统,提升无人系统的自主决策和群体协同能力;二是研究具备人在回路机制的有人无人协同技术:人机混合智能。无人化、智能化想要做得好一定要有人在回路的环节,人可以提供经验和知识,机器提供对具体任务高效执行的能力;三是打造边缘无人智能单元。基于“海雀”认知处理器及相关工具链,结合自有感知决策算法,打造共性的边缘智能无人处理单元,把各类异构无人系统集成起来,执行复杂的任务。

如何打造无人装备的智能“大脑”

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“海雀”认知处理器。

在中国电科智能院采访过程中,多位专家数次提到“海雀”认知处理器,它到底在智能化装备发展中有多重要呢?

比如在介绍机器鲨鱼时,现场工作人员介绍,无论空中还是水下的无人系统都需要一个大脑来控制,如果是一个集中式的云端大脑,那控制的效率可能会受限,一旦集中式的大脑损毁了,那前端的智能装备就瘫痪了。

因此,智能院自主研制了“海雀”认知处理器。根据现场的文字介绍,“海雀”是一款拥有自主知识产权、面向神经网络边缘计算的轻量级低功耗认知处理器。可针对高实时性的动态环境实现图像、语音领域智能算法与多元异构硬件的快速部署,有效提升边缘智能计算能力。

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智能协同任务处理单元

老刘在现场了解到,除了“海雀”处理器,智能院还研发了智能协同任务处理单元,可以作为无人车、无人机、机器鱼等无人平台核心控制单元。“海雀”认知处理器和智能协同任务处理单元共同组成了无人系统的大脑,前者负责感知、认知,后者负责控制、决策。

据介绍,由于无人装备体积、能耗方面的限制,人们希望它的“大脑”体积越小越好、功耗越低越好,这就需要对3D异构集成等微系统技术进行攻关。

在智能院的另一个展厅,老刘看到了智能院在相关领域的大量最新研究成果。例如,微系统热管理、硅基毫米波天线阵列、硅基片上光谱分析仪、复合微能源、异构集成无源器件工艺等样件。其中最受关注的是“晶圆级硅基异构集成样件”,一个圆形的底座上密密麻麻分布着无数电子原件相对于系统级芯片(SOC)集成度更高,功能更多,频率更高,速率更快,为电子系统的高性能集成提供了更快捷,成本更低的解决方案。

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晶圆级硅基异构集成样件

据现场专家介绍,微系统很重要的特点就是要让体积、重量、功耗成百倍地优化,同时性能和功能密度还要指数级提升。这些微系统如果安装在无人系统上将会大幅提升智能装备性能。

中国电科信息科学研究院院长万谦表示,微系统着重在微纳尺度集成各种成熟技术,通过系统优化设计,可以一定程度摆脱对先进半导体工艺的依赖。智能院目前正致力于打造开放、共享的微系统协同设计公共服务平台,构建基于IP复用的“芯片-集成-系统”微系统协同研发生态,着力解决复杂电子系统研制周期长、效率低、成本高等问题,推动智能硬件走向高效发展模式。

老刘在现场的宣传展板上看到,电科集团在后摩尔时代实现半导体技术发展有多条技术路径:一是超越摩尔定律,在射频、功率、传感器、光电、先进封装等方面实现功能多样化。二是不走硅基的技术路线,如走碳基路线。三是将上述路线进行集成融合,以需求为牵引,通过系统优化的组合和集成,实现更高价值的系统,即微系统。

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作者: admin

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