科学精神铸就青云之志

  

科学精神铸就青云之志

——张晓林和他的“仿生眼”

 

世界上最先进的仿生眼可以在茫茫人海中锁定一个人,无论他(她)身形有多快,都能紧紧盯住。迄今最接近人眼的仿生视觉系统的缔造者——张晓林,历时26年的科研积淀,铸就了今天的成果。

张晓林,博士,研究员,中组部第十批千人计划特聘专家。上海市千人计划特聘专家,中科院上海微系统与信息技术研究所仿生视觉系统实验室主任,中科院脑科学与智能技术卓越创新中心核心成员。东京工业大学客座教授,日本临床生理学会评议员。

惟日孜孜,无敢逸豫”。通过日本机器人工学领域8年(横滨国立大学)、医学生理学领域8年(东京医科齿科大学)、仿生学交叉领域10年(东京工业大学)的研究经历,张晓林在自动控制学、图像信息学、生理学等学科交叉领域,提出了仿生动态双眼视觉控制理论。眼球是延伸到体表的大脑组织,眼球的视觉及运动控制系统是大脑通过感觉器官(传感器)和肌肉(驱动器)来控制器官运动以完成其感知、分析、判断、决策、行动等一系列智能活动的最直接、最典型、最完整的系统。如果智能机器人能够有完善的视觉系统,其实用性就会有质的飞跃,各种用途的机器人将会大量产生。张晓林团队通过研究开发仿生眼视觉控制系统这条主线顺次研究:

   1.具有自适应功能适合双眼立体视的仿生眼球;

   2.具有双眼自标定功能的嵌入式视觉控制系统;

   3.开发脑干与中脑(丘脑)神经系统芯片,实现仿生双眼视觉运动控制中枢;

   4.开发具有定位(自身的位姿测量)、测速(自身的速度测量)、显著性检测(注视目标的自动设定)、路径识别等具有双眼周边视功能的仿生眼;

   5.实现视标的位姿测定、平移旋转测速、物体三维重构、物体识别等具有双眼中心视功能的仿生眼;

   6.以及具有周边视与中心视协同工作可进行意识空间构建的类人眼及类鹰眼仿生眼。

张晓林团队研究的仿生视觉系统像人眼一样“明眸善睐”。“人的单个眼球活动有旋转、水平、俯仰三个自由度,一双眼睛有6个自由度。”张晓林团队用6台电机来模拟眼部肌肉,让摄像头能像人眼一样“明眸善睐”。他们研发的仿生眼视场宽度可以达到150°,今后他们还考虑让它架上“脖子”,像人一样可以左顾右盼,“即使一个目标可以每秒绕两圈的速度移动,它也可以牢牢盯住。”接近人眼之后,他们还将尝试超越人眼。比如,“鹰的眼球有两个中心凹,深的一个可以单独工作,从上千米的距离外看清目标,而浅的那个则需双眼配合,在近距离产生纵深感,帮助老鹰更好地抓取猎物。”张晓林团队已在同步开展“鹰眼”研究,目的就是让仿生眼具有更多功能。

二十多年,隔洋同对月,归来只在朝夕间。2013年,张晓林带领团队的6名博士一起回国,来到中科院上海微系统所,开始人工智能仿生视觉研究。如今,张晓林团队研发的基于仿生动态双眼视觉控制理论的仿生眼在物联网、3D产业、智能安防、智能交通、智能医疗等各个领域取得了一系列具有独占知识产权的研究成果,多项成果已经产业化或接近产业化。