清華大學跨領域整合電機與生科團隊，研發出教無人機、機器人及自駕車像昆蟲一樣「看」的仿生物視覺技術，打造仿視神經 AI 智慧晶片，未來只要一枚低功耗的晶片搭配鏡頭，就能在高速行進間辨識、追蹤，並避開障礙物，可應用在自動搜救與勘災、無人巡檢、智慧監控、智慧醫療及智慧農業領域。
仿生視覺團隊的研究成果除發表在多項國際頂尖期刊，如《自然電子學》（Nature Electronics）、IEEE 固態電路期刊（JSSC），並獲得科技部 2021 未來科技獎的肯定。
主持這項大型研究計畫的清華電機系教授鄭桂忠表示，目前的「電腦動態視覺」就像拍電影一樣，是由一張張連續拍攝的靜態影像組成，電腦必須完整儲存所有數位影像，再計算每幀影像與前一幀的差異，不僅速度慢、耗電且很占用記憶體，應用在無人機上則因太重，飛不快又飛不遠。
為取得突破，清華電機團隊邀請生科院教授羅中泉合作。羅中泉研究昆蟲的視覺與空間感知，從小小的果蠅、蜜蜂得到啟發，推演出「光流法」，也就是從光的流動來判斷周遭物體的遠近及移動速度，只擷取所見景物的輪廓及幾何特徵，來辨認障礙物及移動中的物體。
羅中泉解釋，這就像我們走在路上，不需太費力看清楚並記憶眼前所有建築物、招牌、人物特徵、車牌號碼，只用少許的注意力來看是否有車形或人形物體快速靠近就，新的技術可以讓鏡頭專注於畫面中的「變化」，如有人招手、球飛過來，只抓取必要資料，就能加快影像處理速度、減少耗電。
▲ 左起為清華跨領域仿生視覺團隊教授呂仁碩、謝志成、羅中泉、鄭桂忠。（Source：清華大學）
鄭桂忠讓電腦演算法向生物大腦神經網路學習，正是所謂的「剪枝」及「稀疏化」，把不重要的部分運算權重調為零，予以忽視，零越多，算得愈快，耗電也越少，並取得重大突破，可在記憶體內直接進行計算，不必在記憶體與 CPU 之間來回搬運資料計算、儲存，可節省 9 成的功耗與時間。
團隊中的電機系教授謝志成負責開發感測器內運算，如應用於智慧監視或門禁系統，只需要簡單的鏡頭就可以判斷畫面上是否有人出現，還是不相干的狗或貓，一旦鏡頭判斷有人，再會將人臉資料傳到電腦的辨識系統比對來者是誰，由於不需要細部分析每幀畫面所有資訊，只需幾微瓦的電力就夠了，約等於一只燈泡百萬分之一的用電量。
電機系副教授呂仁碩是整合軟硬體的仿神經智慧晶片架構設計師，攜手團隊與國內 IC 設計領導廠商及台積電合作，開發新世代 AI 晶片，目前正開發無人機的關鍵主晶片，建立仿生無人機的必要自主技術。
這個由生科與電機教授跨領域組成的團隊成軍 4 年，已取得許多重要突破，但回想組團之初，花許多時間磨合，生科「擔當」羅中泉每每講到果蠅的某種功能多聰明，電機教授都要問一句「這個運算要多少 bit（電腦位元）？」令羅中泉哭笑不得，直言「對生物來說很自然簡單的事，為何變成電機工程就這麼難？」
羅中泉的浪漫逐漸感染原來一心只想「這個要怎麼做出來？」的電機系教授，團隊計畫未來運用新技術，製作出體積比無人機還小的「搜救小蜜蜂」，可在地震等災害發生時，穿越瓦礫與險境及時救人，並運用新世代無人機體積小的特性，開發可匿蹤的無人機。
（首圖來源：清華大學）
