Los investigadores del MIT han desarrollado un chip de baja potencia para procesar datos de cámara en 3-D que podría ayudar a las personas con discapacidad visual a navegar en sus entornos. El chip consume solo una milésima de energía que un procesador de computadora convencional que ejecuta los mismos algoritmos.
Usando su chip, los investigadores también construyeron un prototipo de un sistema de navegación completo para personas con discapacidad visual. Aproximadamente del tamaño de una caja de binoculares y similarmente usado alrededor del cuello, el sistema usa una cámara experimental en 3-D de Texas Instruments.el usuario lleva una interfaz mecánica Braille desarrollada en el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL del MIT, que transmite información sobre la distancia al obstáculo más cercano en la dirección en que se mueve el usuario.
Los investigadores informaron el nuevo chip y el prototipo del sistema de navegación en un documento presentado a principios de esta semana en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en San Francisco.
"Hubo algún trabajo previo sobre este tipo de sistema, pero el problema era que los sistemas eran demasiado voluminosos, porque requieren toneladas de procesamiento diferente", dice Dongsuk Jeon, un postdoc en el Laboratorio de Investigación de Microsistemas MTL del MIT cuandoSe realizó un trabajo que se unió a la facultad de la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur este año. "Queríamos miniaturizar este sistema y nos dimos cuenta de que es fundamental hacer un chip muy pequeño que ahorre energía pero que proporcione suficiente potencia computacional".
Jeon es el primer autor del nuevo artículo, y se le unen Anantha Chandrakasan, la profesora de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de Vannevar Bush; Daniela Rus, profesora de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de Andrew y Erna Viterbi; Priyanka Raina, unaestudiante graduado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación; Nathan Ickes, un ex investigador científico en MTL que ahora está en Apple Computer; y Hsueh-Cheng Wang, un postdoc en CSAIL cuando se realizó el trabajo que se unirá a la Universidad Nacional Chiao Tung en Taiwán comoun profesor asistente este mes
En un trabajo patrocinado por la Fundación Andrea Bocelli, fundada por la cantante ciega Andrea Bocelli, el grupo de Rus había desarrollado un algoritmo para convertir los datos de la cámara 3D en ayudas de navegación útiles. La salida de cualquier cámara 3D puede serconvertido en una representación tridimensional llamada "nube de puntos", que representa las ubicaciones espaciales de puntos individuales en las superficies de los objetos. El algoritmo del grupo Rus agrupó los puntos para identificar superficies planas en la escena, luego midió la distancia a pie sin obstáculos enmúltiples direcciones.
Para el nuevo artículo, los investigadores modificaron este algoritmo, teniendo en cuenta la conservación de energía. La forma estándar de identificar planos en nubes de puntos, por ejemplo, es elegir un punto al azar, luego mirar a sus vecinos inmediatos y determinar sicualquiera de ellos se encuentra en el mismo plano. Si uno de ellos lo hace, el algoritmo mira a sus vecinos, determinando si alguno de ellos se encuentra en el mismo plano, y así sucesivamente, expandiendo gradualmente la superficie.
Esto es computacionalmente eficiente, pero requiere solicitudes frecuentes al banco de memoria principal de un chip. Debido a que el algoritmo no sabe de antemano en qué dirección se moverá a través de la nube de puntos, no puede precargar de manera confiable los datos que necesitará ensu pequeño banco de memoria de trabajo.
Sin embargo, obtener datos de la memoria principal es la mayor pérdida de energía en los chips actuales, por lo que los investigadores del MIT modificaron el algoritmo estándar. Su algoritmo siempre comienza en la esquina superior izquierda de la nube de puntos y escanea a lo largo de la fila superior,compara cada punto solo con el vecino a su izquierda. Luego comienza en el punto más a la izquierda en la siguiente fila hacia abajo, compara cada punto solo con el vecino a su izquierda y con el que está directamente encima de él, y repite este proceso hasta que haya examinadotodos los puntos. Esto permite que el chip cargue tantas filas como quepan en su memoria de trabajo, sin tener que volver a la memoria principal.
Este y otros trucos similares redujeron drásticamente el consumo de energía del chip. Pero el chip de procesamiento de datos no es el componente del sistema de navegación que consume más energía; la cámara 3-D sí. Así que el chip también incluye un circuito que rápidamentey compara groseramente cada nuevo cuadro de datos capturado por la cámara con el que lo precedió inmediatamente. Si pequeños cambios en cuadros sucesivos, es una buena indicación de que el usuario está quieto; el chip envía una señal a la cámara, que puede reducir suvelocidad de fotogramas, ahorro de energía.
Aunque el prototipo de sistema de navegación es menos molesto que sus predecesores, debería ser posible miniaturizarlo aún más. Actualmente, uno de sus componentes más grandes es un dispositivo de disipación de calor sobre un segundo chip que convierte la salida de la cámara en una nube de puntos.Agregar el algoritmo de conversión al chip de procesamiento de datos debería tener un efecto insignificante en su consumo de energía, pero reduciría significativamente el tamaño de la electrónica del sistema.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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