类脑计算芯片与类被智能机器人发展现状与思考厂 与神经连接生长等知识.构建新型类脑机器学习和认知 觉的机器人人机交互奠定了很好的基础，并进一步推动 模型，采用特征分析、无监督聚类、合并归纳等推理方 了人机协同的机器人智能生长的研究。 法，实现单样本或极少量样本条件下同一物体的再次准确 识别；(2)在机器人从零学习模型的基础上，采用语音 5关于类脑芯片与类脑智能机器人研究的进 交互和手势交互的模式教授计算机目标与环境知识，使得 一步思考 计算机具有从错误中学习新知识的能力；(3)在机器人 由于类脑芯片与类脑智能机器人的研究，既涉及 基于交互的错误辨识纠正与记忆模型基础上，构建面向视 到脑科学和神经科学的最新研究成果，又和传统芯片设 觉、听觉、言语感知的多通道信息融合的智能模仿模型。 计、机器人仿生结构与控制等内容密切相关，未来研究 实现计算机借助视听觉方式对外界环境的智能增长学习， 迫切需要在如下方面进行进一步的攻关。 并具有一定模仿人类特定行为的能力（图5）。 (1)类脑计算芯片方面。需从不精确、非完整信 息的类脑神经计算技术出发，通过提炼神经网络处理中 的共性运算特性，发展类脑神经元计算模型，通过改变 控制参数，使相同神经元电路模块能完成不同的神经元 功能，增强神经计算电路模块的通用性，降低设计、制 造的难度。此外，还需要迫切解决类脑计算芯片的功耗 问题，需要研究建立神经网络处理器相关的功耗模型。 通过结构设计参数的选择，降低相对功耗。发展基于统 一抽象的、实时可调的软件抽象层设计，通过和硬件结 合，对低功耗设计与评估进行实时反遗和调节，为上层 困5人机协同的交互式智能手势动作学习系皖 设计提供一个可靠且便利的软硬件间的桥梁，解决能适 此外，为配合类脑智能机器人的交互过程，使机器 应多种应用需求的兼容性向题。 人的视觉通道具有更多的拟人特性，项目组还通过类脑 (2)类脑智能机落人方面。需更多借鉴类脑计算棋 视觉感知原理研制了新型三维光场相机（图6a),相机 型和仿人运动神经机理研究新的机器人感知、交互和动 能够自动对感兴趣目标进行 最佳对焦，从而对注意的图 像内容进行凸显，从而使机 器人能更好地理解所观察到 的内容。与此同时，项目组 还研制了具有自学习在线校 准功能的仿生双眼视觉系统 (图6b),能模仿人的眼球 运动机制.实现双目摄像机 的运动控制，以及双目视觉 跟踪和三维重建，为基于视 6三维光场相机及其原理盘圈(a)和主动仿生双眼税觉系统(b) ®中图待罩院院利09 院刊 809 类脑计算芯片与类脑智能机器人发展现状与思考 与神经连接生长等知识，构建新型类脑机器学习和认知 模型，采用特征分析、无监督聚类、合并归纳等推理方 法，实现单样本或极少量样本条件下同一物体的再次准确 识别；（2）在机器人从零学习模型的基础上，采用语音 交互和手势交互的模式教授计算机目标与环境知识，使得 计算机具有从错误中学习新知识的能力；（3）在机器人 基于交互的错误辨识纠正与记忆模型基础上，构建面向视 觉、听觉、言语感知的多通道信息融合的智能模仿模型， 实现计算机借助视听觉方式对外界环境的智能增长学习， 并具有一定模仿人类特定行为的能力（图 5）。 图 5 人机协同的交互式智能手势动作学习系统 此外，为配合类脑智能机器人的交互过程，使机器 人的视觉通道具有更多的拟人特性，项目组还通过类脑 视觉感知原理研制了新型三维光场相机（图 6a），相机 能够自动对感兴趣目标进行 最佳对焦，从而对注意的图 像内容进行凸显，从而使机 器人能更好地理解所观察到 的内容。与此同时，项目组 还研制了具有自学习在线校 准功能的仿生双眼视觉系统 （图 6 b），能模仿人的眼球 运动机制，实现双目摄像机 的运动控制，以及双目视觉 跟踪和三维重建，为基于视 觉的机器人人机交互奠定了很好的基础，并进一步推动 了人机协同的机器人智能生长的研究。 5 关于类脑芯片与类脑智能机器人研究的进 一步思考 由于类脑芯片与类脑智能机器人的研究，既涉及 到脑科学和神经科学的最新研究成果，又和传统芯片设 计、机器人仿生结构与控制等内容密切相关，未来研究 迫切需要在如下方面进行进一步的攻关。 （1）类脑计算芯片方面。需从不精确、非完整信 息的类脑神经计算技术出发，通过提炼神经网络处理中 的共性运算特性，发展类脑神经元计算模型，通过改变 控制参数，使相同神经元电路模块能完成不同的神经元 功能，增强神经计算电路模块的通用性，降低设计、制 造的难度。此外，还需要迫切解决类脑计算芯片的功耗 问题，需要研究建立神经网络处理器相关的功耗模型， 通过结构设计参数的选择，降低相对功耗。发展基于统 一抽象的、实时可调的软件抽象层设计，通过和硬件结 合，对低功耗设计与评估进行实时反馈和调节，为上层 设计提供一个可靠且便利的软硬件间的桥梁，解决能适 应多种应用需求的兼容性问题。 （2）类脑智能机器人方面。需更多借鉴类脑计算模 型和仿人运动神经机理研究新的机器人感知、交互和动 （a） （b） 图 6 三维光场相机及其原理示意图（a）和主动仿生双眼视觉系统（b） 图像 系列 模糊推断 精确推断 Kinect 手势跟踪 时间对齐 手的 定位信息 语音 信号 What When How Where Why How 序列 语义 融合 与 理解 身份/属性/表情/手势/动作/行为识别 类脑视觉 感知原理 广场相机