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博乐娱乐网站注册送29 - “人为什么需要一台无人智能自行车?”黑科技登上《自然》封面

发布时间: 2020-01-09 13:30:41

[摘要] 清华大学自动化系教授赵明国或许是最有发言权的人之一,他研究智能自行车已经五年多。这归功于它的“大脑”,一枚名为“天机”的人工智能芯片。今年8月,天机芯登上《自然》杂志的封面。赵明国解释说,这需要综合考虑自行车的速度、弹性车轮和不同地面之间的摩擦、风的扰动等等问题。搭载天机芯的无人智能自行车已经可以完成语音识别、目标锁定、障碍辨别和自主决策等功能。

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博乐娱乐网站注册送29,黑色科技自行车的“大脑”

为什么它会出现在《自然》的封面上?

我们的记者/李明子

发表于中国新闻周刊916期

如何让自行车自己行走?清华大学自动化系教授赵郭明也许是最有影响力的人之一。他研究智能自行车已经五年多了。经过几轮升级和进化,这款全黑高科技自行车能够主动避开障碍,理解语音指令,并在变速跟踪目标的同时做出独立决策。

这是由于它的“大脑”,一种叫做“天吉”的人工智能芯片。“自行车只是天体运动的一种应用,目的是验证这种芯片的可行性。”赵郭明告诉中国新闻周刊。"当然,我们不能指望汽车摔倒后学会站起来."

虽然人工智能这个词最初是用来表达与人类智能相似的机器智能的含义,但在它的起起落落中,人工智能的含义已经发生了变化,成为机器学习和统计分析的同义词,与智能的初衷相去甚远。在这种情况下,来自“不要忘记你的首创精神”的一些研究人员联合成立了人工通用智能协会,并决定使用人工通用智能作为这一领域的正式名称。

在人工智能领域,基于计算机科学的算法是主流。它的具体应用,如图像识别、语言处理和游戏,已经深入到日常生活中,可以高精度地完成特定的任务。然而,他们没有像人类一样思考和做出决定的智慧。另一个发展方向是以生物领域的神经科学为方向,试图模仿人类大脑皮层,但没有成熟的应用。由于公式和编码方案的根本不同,这两者以前依赖于完全不同的平台。

天辰运动试图突破瓶颈,实现“异构集成”,即两种人工智能范式的集成,不仅在算法上,而且在硬件上。清华大学计算研究中心这样的整个大脑团队,包括赵郭明,已经与这个想法斗争了七年。

今年八月,天空运动出现在《自然》杂志的封面上。“异构集成本身就是颠覆性的。没有经验可以学习,也没有参考资料。”研究合作单位的成员、新加坡科技设计大学终身副教授、人工智能实验室主任赵嵘解释说。赵郭明在接受麻省理工学院《科技评论》采访时表示,“天辰运动为人工通用智能的未来发展提供了一个可能的解决方案”,而国内媒体则称赞“这在芯片和人工智能两大领域实现了中国自然论文的零突破”。

人工智能的最佳前景是将机器学习与大脑建模相结合,这也是异构融合方案的吸引力所在

天体运动被放在自行车后座的黑匣子里。事实上,它没有拇指指甲盖大。确切的数字是3.8毫米×3.8毫米,上面密集排列着156个计算单元。在更微观的层面上,它包含40,000个神经元和1,000万个突触。

仅仅就数量而言,单个芯片的智能不如果蝇的智能。这种经常被测试的昆虫有几十万到一百万个神经元,是人脑神经元数量的二千万分之一。“这只是一个基础,证明高密度计算可以在如此小的板上进行,并且在将来会不断优化。”清华大学计算机科学与技术部教授张惠友解释说。

模拟人脑的基础归功于该团队的另一名成员,清华大学生物医学工程系副教授宋森。他建立了一个能全面表达神经元特征的数学模型,然后用器件和电路对其进行模拟,并将对人类脑神经回路的观察应用于算法和芯片构建。

硬件的设计思想是总结两种人工通用智能模式的共性,与神经元和突触共享,并允许神经元和突触自身自由配置。它不仅可以服务于基于计算机科学的人工通用智能算法,还可以服务于神经科学启发的模型和算法,以达到混合和协作的效果。这就像一个可以与苹果ios和安卓兼容的手机系统,试图总结相似之处并支持它们,同时保留ios和安卓的个性,灵活设计硬件,使其可以按需配置,同时可以支持苹果和安卓。

系统芯片是软件和硬件的结合。张惠友的工作是设计一个软件工具链,以便上层算法可以在芯片上运行。简而言之,它是通过工具链将不同级别的算法自动匹配到芯片上的不同位置。

理查德·斯坦利·威廉姆斯(Richard stanley williams),忆阻器的主要发明者,洛杉矶加利福尼亚大学物理学教授,在给《中国新闻周刊》的电子邮件中写道:“人工通用智能的瓶颈在于我们对人脑缺乏了解。最好的前景是将机器学习和大脑建模结合起来。这也是异质融合方案的吸引力。它允许不同的方案混合在一起,以解决单一领域的问题。”

在开发芯片的同时,赵郭明也在训练自行车“掌握平衡”。“就像学习骑自行车一样,一开始很难保持平衡,但骑完之后就容易了。”赵郭明解释说,这需要综合考虑自行车速度、弹性车轮与不同地面之间的摩擦、风扰动等因素。

经过无数次测试,到2014年底,自行车已经可以在平坦的地面或稍微粗糙的草坪上以恒定速度行驶,并且可以实现车把的转向控制。几个月后,装有大脑的自行车已经可以在天体运动的控制下完成各种智能,如图像识别和语音识别。

装有天体运动机构的无人智能自行车已经可以完成语音识别、目标锁定、障碍物识别和自主决策的功能。

在清华大学精密仪器系的另一个实验室里,36台摄像机安装在一个不到20平方米的房间里,全天记录天体运动收集的数据,然后发送到一台类似大脑的计算机进行分析、计算、优化,并反馈给芯片和自行车。

“直走!向左!加速!”(直走,左转,加速)2016年冬天,当赵郭明的学生们在操场上穿着羽绒服训练他们的自行车时,这辆摇摇晃晃的自行车本可以成功完成所有的指令。围绕着这个小芯片,像大脑一样的计算研究团队聚集了来自七个部门的老师和学生,包括生物医学、电子学、微电子学、计算机、自动化、材料和精密仪器。

天体运动是非冯·诺依曼构造的。对此,赵嵘解释说,这种结构将处理和存储模块分开。在中央处理器(cpu)执行计算命令之前,它必须首先从存储单元中调出数据,并在计算后将其存储在存储器中。随着大数据和人工智能的发展,处理器不断优化,速度呈指数级增长。时间单位可以精确到微秒,而内存却远远落后。两者之间的差距越来越大。这种分离的结构不再能满足高速和节能的新要求。"一般来说,天体运动的处理和存储可以统一在不同的层次上."

业内一些专家指出,目前所有通用计算机都是冯·诺依曼(von Neumann)结构。突破冯氏结构是该行业的一个研究方向。人们进行了许多探索和实践,取得了一些有代表性的成果。然而,直到今天,这些无风结构的应用场景和规模仍然相对有限,难以大规模推广。基于大脑神经科学的计算机系统,如天体运动,是一个非常有前途的尝试,值得进一步研究。

“如果研究总是考虑如何赶上和超过先进水平,以及是否可以应用,那么就很难做到最好或取得颠覆性的结果。”

"为什么人们需要无人驾驶智能自行车?"这是赵郭明最常听到的问题。在天辰运动进入大自然之前,这个问题背后的问题显然不仅仅是好奇。

当参观实验室时,一位企业家曾粗鲁地说,“这样做有什么用?什么都不能做,也不能产生任何应用程序。”在某种程度上,这代表了当时大多数人的普遍态度。

回到中国之前,施陆平曾担任新加坡科技局数据存储研究所人工认知记忆实验室主任。2004年,他因对类超晶格相变材料和器件的杰出贡献而成为新加坡国家科学技术奖的第一个完成者。当收到加入清华大学的邀请时,石路平已经带领团队研究像计算这样的大脑将近六年了。他意识到存储和处理之间不可逾越的鸿沟源于传统的冯·诺依曼结构。突破瓶颈的方法是学习人脑模型,整合计算和存储。这不仅需要存储人才,还需要生物工程、计算机系统和其他学科的整合。这份邀请感动了他。

"清华有实现多学科融合的基础."赵嵘回顾说,当时,新加坡也试图跨学校和机构合作,但每个学校和机构都有自己的科学研究任务,很难将它们结合起来。至于清华,“毕竟,每个人都在同一个校园里。更重要的是,清华有高水平的脑科学专家。”2012年,石路平辞去在新加坡的所有职务,回到清华大学全职工作。

当石路平回到清华组建像计算团队一样的大脑时,世界各地的研究人员和机构也意识到仿生学对未来人工智能的意义。2008年,美国国防部下属的darpa批准了该项目,并开始资助技术公司ibm开发用于智能处理的脉冲神经网络芯片。2013年,欧盟的“人脑计划”获得了10亿欧元的财政支持,来自26个国家的135家机构参与了为期10年的研究。日本科学家也在2014年启动了“神经科学研究计划”。该项目预计在未来十年内将从日本教育部、文化部和医学研究与发展委员会获得总计400亿日元的资助。

石陆平干净利落地回到了家,当时既没有人也没有钱。项目书甚至无法在第一轮盲目选举中幸存下来。“大脑和计算是什么样的?”人们不理解也不敢相信。幸运的是,他的坚持得到清华大学前后两位校长的大力支持。当时负责人事的副校长邱勇负责介绍石路平。当时,校长陈继宁拿出600万元的本金支持大脑像计算机的研究。这只创业基金支持施鲁平度过了最艰难的“创业期”。

加入清华后,石路平每天骑着一辆破自行车穿过清华校园,与各地的团队和人员联系。赵郭明当时并不知道突然加入教师篮球队并和他有着同样兴趣的石陆平是学校从新加坡招募的传奇专家。直到2014年夏天,施陆平才在他的实验室里谈论像计算芯片一样的大脑和机器人之间的合作,他把人放在了正确的地方。

张惠友不久后加入了这个团队。2014年秋季后,他应石陆平的邀请,参加了大脑如计算团队的小组会议。“一个房间里有20或30名教师。除了经常处理应用算法、计算机系统、材料和其他专业的同事,还有生物学专家。”张惠友回忆说,起初每个人“无法理解对方的话,因为每个人都有不同的研究想法”例如,张惠友说,在生物领域,通常先做假设,然后再验证。然而,在设计系统软件之前,已经有明确的问题需要解决。

异构集成的思想是由石路平提出并与团队讨论的。他过去常常在笔记本上记下任何时候突然出现的想法,有时他半夜起来写下来。

2014年,国内大脑类计算研究的发展正在好转。同年8月,ibm宣布推出100万个神经元样的大脑芯片truenorth,它只有一枚邮票大小,重几克,有超级计算机的容量,功耗仅为65毫瓦。在这项研究于2014年发表在《科学》杂志上后,越来越多的人开始接受“像大脑一样的计算”。但是truenorth仍然没有打破冯·诺依曼系统。

“如果研究总是考虑如何赶上和超过先进水平,以及是否可以应用,那么就很难做到最好或取得颠覆性的结果。”赵郭明告诉中国新闻周刊。2015年,第一代日间运动诞生,异构集成的思想被证明是可行的。然而,芯片技术和性能仍需进一步优化。因此,第二代于2017年推出,这是芯片的真实主体,人脑覆盖在《自然》杂志上。

2017年底,成立了一家名为“天津青信中成科技合作伙伴”的公司。其业务范围包括芯片、系统、算法、软件技术服务等。其股东包括石陆平、张惠友、赵嵘、清华大学精密仪器系副研究员裴静等团队领导。两个月后,北京汐科技有限公司成立,天津晴芯出资62.68%。以天津晴核为基础,增加自主开发产品、计算机、软件及辅助设备、电子产品等业务的销售。《自然》杂志的两位合著者来自汐科技。

凌溪科技营销总监华洪堡今年5月接受媒体采访时表示,该公司是由清华大学计算研究中心这样的大脑孵化出来的,集生产、教学和研究于一体,实现核心技术产业化,提供计算服务等商业大脑。未来,天辰运动将通过凌溪技术进入市场。

三年前的夏天,石陆平在赵郭明的实验室提出了两个合作方案。通过智能自行车测试天体运动只是其中之一,而另一个更难,但更符合市场需求。他将成熟的天体运动应用于赵郭明的模拟机器人。然而,赵郭明透露,天体运动和机器人的结合只是一个设想,需要更多的研究和磨合。此外,第二代天体运动仍在优化中,远未实现真正的智能。

大脑般的计算系统仍处于初级阶段,尚未形成公认的技术方案。天空运动提供了一种可能性。史陆平的团队称,第三代天空运动目前正在开发中。其能效将比第二代高100倍,具有更大的商业价值,如野外侦察、无人驾驶或更具体的应用场景。“2020年将会有第三代,但具体应用不容易披露。”斯坦利·威廉姆斯强调,“大脑如何处理信息对科学来说仍然是一个谜,在我们找到一个令人满意的答案之前,需要很多年才能理解大脑是如何工作的。”

施鲁平表示,虽然距离取代人类还有很长的路要走,但向人脑信息处理方法学习,打破传统架构,创建一个新的适合非结构化信息实时处理的超低功耗计算系统,是未来的方向,也称为类大脑计算(brain like computing)。欧盟的人脑项目更激进:“在未来20到30年,任何想要主宰世界经济的人都必须在这个领域领先。”

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