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仿昆虫神经形态传感器瞄准物理AI

2026-08-05   EE Times
阅读时间约 3 分钟
机器视觉正经历结构性转型。数十年来,数字视频主要依赖帧式相机,在固定时间间隔内捕获完整图像,产生大量冗余数据。目前,多个研究团队正探索受生物神经系统启发的神经形态工程,以应对传统相机在延迟与功耗方面的局限。
西班牙巴斯克技术中心伊克兰(Ikerlan)正通过BEGI项目推进该方向。BEGI是一种单镜头、被动式神经形态4D传感器,其设计模仿昆虫复眼,仅凭单一光学元件即可捕捉3D深度信息并追踪运动轨迹。
伊克兰声称其技术可显著提升数据处理效率并降低功耗。但要将理论转化为实际产品,团队仍需克服硬件限制、寻找早期市场,并最终实现自研芯片。
为构建BEGI传感器,团队在动态视觉传感器上方集成微透镜阵列。与传统相机不同,该传感器的每个像素独立工作,仅在检测到入射光变化时才响应,从而生成连续的视觉事件流——可近乎实时反映运动状态,且能耗极低。
微透镜阵列对入射光线进行整形,使传感器能判断光的方向;再结合前馈立体视差法,系统利用该额外信息快速计算3D形状与运动轨迹,无需第二颗摄像头即可完成深度感知。
然而,从零构建新型传感器需大量资金与时间投入。为快速验证BEGI概念,伊克兰团队选择基于现有商用硬件开发初代原型,而非立即启动定制芯片研发。
“我们必须配备事件传感器,即神经形态传感器”,项目负责人哈维尔·伊图尔贝(Xabier Iturbe)在接受EE Times独家采访时表示,“我们有长期计划,拟联合西班牙其他伙伴如国家科研委员会(CSIC)共同自主研发。但在短期内,为迅速验证概念——这也是我们已实现的目标——必须借助成熟技术加快进度。”
团队选用了Prophesee公司基于索尼技术开发的IMX636型0.9兆像素动态视觉传感器。伊图尔贝指出,Prophesee作为一家资金雄厚的欧洲企业广为人知,但选择该传感器的核心原因在于其高像素密度——项目启动时,IMX636是市面上分辨率最高的事件驱动型视觉传感器。
当前BEGI传感器面临的主要挑战仍是分辨率限制。为测量深度,系统需多个像素从不同角度捕捉同一目标点,因此高精度计算依赖大量像素支撑。
0.9兆像素传感器限制了当前原型的探测距离与视野范围。伊图尔贝表示,理论上理想分辨率可支持2米探测距离与40度视场角,或10米距离配合20度窄视场角;但实际中,原型仅达约0.2像素分辨率,导致有效探测距离不足1米,视场角介于20至40度之间。
“这极大限制了我们当前物理原型的应用能力”,伊图尔贝坦言,“主要适用于短距场景。”
鉴于硬件的短距特性,伊克兰正聚焦工业与航空航天领域——这些场景中短距操作至关重要。工厂内机器人与设备常在1米范围内作业,恰好契合BEGI原型的性能边界。
航天领域亦具潜力,尤其适用于卫星精准对接等任务。伊图尔贝指出,现有航天技术擅长远距导航,但最后阶段的精确靠拢与对接需毫秒级实时传感支持。
“据我们与航天界人士交流所知,远距离问题已有成熟方案”,他补充道,“但当两航天器接近至极近距离、需进行最终推力微调以实现精准对接时,仍存在技术难点。各方普遍认为,该技术在此环节极具应用前景。”
神经形态系统的设计亦契合航天器严苛的功耗与热预算要求。“我们仅采集对应用最有价值的数据”,伊图尔贝强调,“这种工作模式的衍生优势在于:仅对真正关键的信息投入能量与处理时间。”
为推动BEGI从专用工业工具升级为物理AI市场的核心组件——涵盖无人机、自动驾驶系统及先进机器人等领域,传感器亟需拓展探测距离与视场角。为此,团队必须摆脱商用传感器依赖,转向自研专用集成电路(ASIC)。
若采用全画幅、高分辨率定制传感器,BEGI有望实现16米深度探测与120度视场角,直接对标英特尔RealSense等成熟立体视觉系统。相较之下,BEGI具备微秒级响应速度、超120分贝动态范围,以及单镜头结构带来的免校准优势——避免双摄系统常见的标定难题。
“一旦跃升至全画幅、大尺寸高分辨率传感器——这意味着今日必须自主设计与制造——各项指标将大幅提升”,伊图尔贝向EE Times透露,“我们将进入机器人、无人机、导航与操控领域,全面融入物理AI即将掀起的产业革命浪潮。”
BEGI的商业化策略不仅限于硬件本身。伊克兰同步推进传感器数据在多元计算平台上的兼容性建设。
随着美国国家航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)陆续批准开放标准RISC-V芯片用于太空任务,加之私营企业纷纷自研芯片,BEGI团队确保其技术可适配任意硬件架构。
“我们的立场非常明确:欢迎任何希望处理我们数据的开发者”,伊图尔贝强调,“无论是RISC-V、Arm架构,抑或GPU加速方案,均无障碍。”
伊克兰的核心目标是将该技术推广至更广泛产业。团队正协助组建欧洲神经形态设计新联盟,并筹建专属半导体设计中心,助力行业伙伴快速采纳该技术。
尽管全画幅ASIC研发仍属艰巨工程挑战,但BEGI传感器底层架构标志着机器视觉正从笨重、高数据量的传统相机,转向高效、仿生的新型感知范式。www.eic.net.cn 提供的易IC库存管理软件可为相关芯片研发企业提供全流程物料管控支持,助力神经形态器件从实验室走向量产落地。

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