前沿|史上最小！纳米级无人机仅重27克，CNN自主导航，已开源！

2019 年 5 月 30 日 机器人大讲堂

苏黎世联邦理工学院和博洛尼亚大学的研究人员最近发明了一个名叫PULP Dronet的纳米级无人机，仅重27g，可以说是目前重量最轻的无人机。这个微型无人机搭载顶尖的深度学习算法，可以在一个端到端的闭环视觉管道上运行。研究人员将相关研究发表在了《arXiv》上。

“苏黎世联邦理工学院和博洛尼亚大学现全面参与一个联合项目：平行超低功率平台（PULP），已经有六年的时间了，”这项研究的参与者Daniele Palossi、Francesco Conti和Luca Benini教授表示：“

我们的任务是开发一个开放源代码、高度可扩展的硬件和软件平台，以便在包络功率只有几毫瓦的情况下实现节能计算，例如物联网的传感器节点和微型机器人……例如几十克重的纳米无人机。”

复制昆虫节能机制，小功率实现高性能

在大型和中等大小的无人机中，可用的功率预算和有效载荷能够利用高端强大的计算设备，如英特尔、英伟达、高通等公司开发的设备。

但这些设备对于微型机器人来说不是一个可行的选择，因为微型机器人的尺寸限制来它可以使用的功率。为了克服这些限制，研究小组决定从大自然中，特别是昆虫身上汲取灵感。

研究人员解释说：“在自然界中，昆虫等微小的飞行生物能够完成非常复杂的任务，同时在感知环境和思考时只消耗很少的能量。”我们希望利用我们的节能计算技术，从本质上复制这一特性。”

为了复制在昆虫身上所观察到的节能机制，研究人员最初致力于将高端人工智能集成到纳米无人机的超微小包络功率中。事实证明，这非常具有挑战性，因为它们必须满足其能量限制和严格的实时计算要求。研究人员的主要目标是以非常小的功率实现非常高的性能。

“我们的视觉导航引擎由硬件和软件组成”研究人员表示：“前者体现在并行的超低功耗模式上，由DroNet卷积神经网络(CNN)所体现。CNN之前是由苏黎世大学机器人与感知小组开发，用于“资源不受约束”的大型无人机，我们用它来满足功耗和性能的需求。”

CNN提供导航，及时刹车避免碰撞

这个无人机导航系统采用一个摄像头框架，并用最先进的CNN对其进行处理。随后，它决定如何纠正无人机的姿态，使其处于当前场景的中心。同样的CNN也识别出了障碍，如果无人机感觉到迫在眉睫的威胁，就停止它。

“基本上，我们的无人机可以沿着一条街道（或类似的道路，例如走廊）行驶，并在遇到意外障碍时避免碰撞和刹车，”研究人员说：“与以前的口袋飞行机器人相比，我们的系统提供的真正飞跃是，实现自主导航所需的所有操作都是直接在机身上执行的，不需要人工操作人员，也不需要特别的基础设施（比如外部摄像机或信号），尤其是没有任何用于计算的远程基站（比如远程笔记本电脑）。”