В MIT создали навигационный чип с потреблением как у светодиода для AR и роботов

Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) представили специализированный чип под названием Gleanmer. Его главная особенность — способность миниатюрных роботов и портативных устройств с ограниченным запасом энергии строить полноценные трехмерные карты окружающей обстановки в режиме реального времени. Энергопотребление процессора составляет всего 6 мВт, что сопоставимо с работой обычного светодиода, при этом чип обеспечивает точную навигацию и эффективное избегание препятствий.

Разработка ориентирована на использование в компактных автономных аппаратах. Это могут быть как небольшие дроны, так и специализированные роботы для инспекции труднодоступных мест: вентиляционных шахт, трубопроводов или узких технических коммуникаций. Система не полагается на GPS, основываясь исключительно на данных визуальных сенсоров и встроенных алгоритмах памяти, которые отвечают за интерпретацию окружающего пространства.

Почему отказались от вокселей

Основное отличие Gleanmer от стандартных решений для картографии заключается в отказе от традиционного воксельного представления (разбивки пространства на сетку из кубических 3D-пикселей). Вместо этого применяется алгоритм GMMap, использующий трехмерные гауссианы. Пространство описывается не «кубиками», а набором эллипсоидных «облаков» с заданными параметрами.

Такой подход обладает рядом преимуществ:

• Эффективность описания: Плавные контуры гауссиан значительно точнее передают криволинейные поверхности и сложные объекты.
• Компактность: Один вытянутый эллипсоид может заменить множество мелких вокселей, что существенно экономит ресурсы памяти при сохранении детализации карты.
• Планирование маршрута: Робот эффективно различает свободные, занятые и неисследованные зоны, затрачивая при этом меньше вычислительных мощностей.

Оптимизация «железа» и алгоритмов

Разработчики уделили особое внимание совместной оптимизации архитектуры чипа и ПО. Gleanmer обрабатывает потоковое видео, не сохраняя каждый кадр целиком в памяти. Вычисления происходят «на лету»: пиксели анализируются преимущественно в связке с соседними точками, что позволяет исключить избыточность — перекрывающиеся гауссианы объединяются автоматически без повторных обращений к исходным данным.

Технические характеристики чипа:

• Производство: 16-нм КМОП-техпроцесс.
• Производительность: обработка кадров глубины разрешением 640 × 480 пикселей со скоростью более 88 кадров в секунду.
• Скорость запросов: от 540 тыс. до 1,32 млн координат в секунду.
• Энергоэффективность: снижение затрат на построение карты до 63% и на выполнение запросов до 81% по сравнению с аналогами.

В MIT подчеркивают, что Gleanmer станет отличным решением не только для микророботов, но и для легких AR/VR-очков, которым требуется постоянное отслеживание геометрии помещения при строгих ограничениях по весу аккумулятора. На текущем этапе чип потребляет на 80% меньше энергии, чем аналогичные навигационные решения. В дальнейшем авторы планируют интегрировать вычислительные блоки и память еще ближе к сенсорам, чтобы свести потери энергии на передачу данных к минимуму.