市級科技重大專項催生類腦智能成果，已應用于多個領域

“仿生眼”為上海地鐵運營保駕護航

人眼是大自然進化的杰作，機器人眼睛可否仿造人眼獲得優越的性能？記者近日從市科委獲悉，承擔上海市級科技重大專項“腦與類腦智能基礎轉化應用研究”重要任務之一的中國科學院上海微系統與信息技術研究所研發的弓網實時在線監測系統，在上海申通地鐵集團的支持下，已安裝在上海地鐵18號線列車上。這套系統采用“仿生眼”原創技術，許多性能優于傳統技術方案。上海申通地鐵集團技術中心負責人表示，它的最大優點是體積小、安裝靈活，成本也低，測試結果達到使用需求。

機器人眼睛擁有人眼功能

“我已研究‘仿生眼’20多年，目前處在產業化階段，全球市場上還沒有同類設備。”中科院上海微系統所仿生視覺系統實驗室主任張曉林說。擁有工學、醫學專業背景的他，長期研究學科交叉領域，利用電子信息技術將人眼、鷹眼等生物視覺系統的神經網絡工程化，帶領團隊研制出多款“仿生眼”產品。

在仿生視覺系統實驗室，記者看到一個“萌態可掬”的機器人，圓圓的臉上裝有兩只“仿生眼”。與傳統的固定雙目相機不同，這個機器人的眼珠會跟隨目標物體轉動，就像人眼一樣。“他在看你了。”張曉林對記者說。此時記者發現，機器人在幾個人中鎖定了自己，記者走到哪兒，它的眼珠就轉到哪個方向。與機器人眼睛連接的計算機軟件顯示出它看到的所有人，軟件能識別人和多種物體。軟件界面上還有深度圖，用各種顏色顯示機器人看到的東西與它的距離。“這是實時三維空間測距，人眼的這個功能，‘仿生眼’也有。”

據介紹，人眼有很多我們日用而不知的本領，如獲取三維空間信息的雙眼協調運動、追蹤移動物體的平滑運動、能在晃頭和顛簸環境中看清物體的前庭動眼反射、能將“周邊視”中感興趣或危險物體迅速切入“中心視”的視機性跳躍運動。這些本領都來自眼球與小腦、中腦、腦干的協同工作，而辨識物體、看懂文字等本領，還需要大腦參與。張曉林團隊研發的“仿生眼”，是具有腦干、小腦、中腦、大腦整體功能的智能仿生系統。由于功能接近人眼，它的應用前景十分廣闊，在很多場景中，其性能優于目前主流的激光雷達和固定雙目相機。

車頂“雙眼”監測弓網關系

“仿生眼”進入軌道交通應用場景，始于深圳地鐵11號線運營單位的求助。這條線2016年6月開通運營后，遇到弓網關系不佳的問題。張曉林團隊軌交弓網監測項目負責人吳麗介紹，無論是地鐵還是高鐵，通過架空接觸網供電的列車上都裝有受電弓，它升起后與高壓接觸網相連，為列車輸入電能。弓網關系對軌道交通運營非常重要，弓網關系異常是地鐵運營故障的主因之一。因此，實時監測弓網關系并及時預警，是確保軌交線路長期正常運營的重要手段。

深圳地鐵11號線運營方想在列車頂上安裝高度不超過90毫米的實時在線監測設備，市場上這種監測設備都比較大，達不到要求，于是找到了張曉林團隊。從此，他們開始研制基于仿生視覺的弓網實時在線監測系統，迄今已參與復興號動車組以及上海地鐵1號線、上海地鐵13號線、北京地鐵6號線等軌交線路弓網檢測的研發項目。作為產品，這套系統已安裝在上海地鐵18號線和西安地鐵5號線的列車上。

在這一應用場景中，“仿生眼”核心技術顯示出類腦智能的優勢。安裝在列車頂部的雙眼模塊能實時監測接觸網動態幾何參數，測定受電弓和接觸網的三維坐標、姿態、結構完整性和可見光燃弧。“視覺傳感器都需要標定，列車頂部的多變環境給標定工作帶來挑戰。”吳麗指出了“仿生眼”的另一個優勢，即技術人員可通過軟件操作對其進行動態標定，不必到車頂調整硬件模塊。與市場上主流的激光雷達監測系統相比，“仿生眼”還有體積小、重量輕、耗電量低、無光污染、擴展性強、安裝速度快等優勢。在類腦處理器的協調下，雙眼系統的紫外傳感器、紅外相機等部件共同監測受電弓和接觸網的各項數據，一旦出現異常情況，就會發出預警。

“5億多年前，生物眼睛的誕生引發了寒武紀生命大爆發。”張曉林感慨道，“希望仿生視覺系統的誕生，能迎來機器人發展史上的‘寒武紀’。”如今，“仿生眼”核心技術已應用于雙臂協作機器人、三維影像拍攝等領域。在市級科技重大專項的支持下，張曉林團隊還在研發自主移動機器人，這種工業機器人能抓取物件并在移動中自主避障。