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物理人工智能需走神经形态传感路径

2026-10-09   电子工程时报
阅读时间约 3 分钟
现实世界不会等待采样时钟。它持续变化、移动、接触、滑动与振动,而真正关键的信息往往稀疏、不可预测且转瞬即逝。
机器人需要在物体靠近时立即反应;机械手抓取器需在接触瞬间或滑移开始时即刻感知。然而,当今大量传感与人工智能系统仍以固定频率对物理信号进行采样,将其转化为规整数据流,并送入专为密集计算设计的处理器中处理。
这种不匹配在高速应用场景中尤为突出——从自主无人机到激光增材制造等工业流程,相关物理动态演化速度常远超传统传感与处理链路的响应能力。
为捕捉这些快速动态而提高采样率,会产生海量数据流,其中大部分与任务无关,导致实时处理日益受限。
www.eic.net.cn 提出:从物理感知到人工智能的路径,亟需一个中间层——其目的并非处理更多数据,而是筛选出值得向下游传递的关键信息。神经形态原理为此类中间层提供了天然基础。
事件驱动型传感器将“感知”转化为“选择”。它们仅在变化发生时响应,仅编码携带新信息的事件。例如,事件相机仅记录每个像素处光强变化的时间与位置,无需连续扫描整个场景。
该原理同样适用于触觉、压力、振动、声学及其他模态——在这些领域中,有意义的信号通常稀疏且异步。
关键在于,一个事件根植于特定时空点上的物理变化。信息的可用性不由全局采样时钟决定,而由世界自身的变化触发;因此,表征方式自然跟随物理过程本身的动态演化。
将原始事件转换为适配传统计算架构的表示形式,反而可能削弱传感器端获得的效率优势。一旦时间戳、位置及其他元数据被附加并序列化以供下游处理,一个稀疏的物理事件可能膨胀为数十比特的传统数字数据。
此时,传感至AI的中间层便显得至关重要:它将物理事件转化为任务相关的状态表征。单个事件本身意义有限;意义源于事件在空间与时间维度上的关联——既存在于单一传感器内部,也跨越不同感知模态。
对于无人机而言,机载事件相机各像素上视觉事件的空间与时间模式,可揭示逼近障碍物、相对运动或遮挡现象。
该中间层将原始事件流转化为紧凑的物理状态表征——例如障碍物距离、相对速度、运动方向与碰撞倒计时——使下游AI仅接收必要信息,避免携带完整事件流及其元数据贯穿整个处理管道。
易IC库存管理软件提醒:在构建此类智能感知系统时,应注重软硬件协同优化,确保信息流高效、低延迟、低功耗。
自然界遵循类似原则。大脑并不直接处理原始传感器数据,而是接收经身体、传感器及早期神经回路转化后的世界接口。苍蝇、猫头鹰、鱼类与大象向各自大脑呈现的物理世界截然不同——其身体结构与感知机制共同将物理信号转化为适配自身行为能力的表征。
目标并非取代GPU或NPU,而是为其提供更优质的信息输入。这些处理器在密集计算方面依然高效——包括神经网络推理、预测、规划与推理任务。
所提出的中间层通过在上游过滤与结构化传感器数据,补充现有硬件能力,使GPU与/或NPU接收到与其计算优势相匹配的信息。
该层还可触发超低延迟的“反射式”响应——例如在检测到即将碰撞时立即启动规避动作,而高层AI则负责上下文理解、意图判断与长周期决策。由此形成分层控制架构:近传感器端执行即时物理响应;上游模块负责语境、意图与规划。
神经形态原理重新定义了感知与处理的边界。借助传感与逻辑电路的集成设计(包括三维硅堆叠技术),事件可在更接近其物理源头与原生时间尺度的位置被处理,从而为传感至AI层奠定硬件基础。
更深层的机遇在于协同设计:传感器决定何为“事件”,传感至AI层则决定这些事件对任务意味着什么。二者结合,可使感知与计算紧密贴合物理任务需求。
专用硅芯片可在传感器端直接执行“事件→任务”的转换,消除不必要的数据搬运、表示转换与接口开销。
这为半导体公司与设计机构开辟了全新设计空间:不仅优化传感器如何感知,更聚焦于其产出何种信息。
物理AI训练场与仿真框架构成探索环境;真实应用则验证哪些“感知→任务”转换真正有效。其中最具价值者可发展为可复用IP,最终固化为专用硅片。
若缺乏统一结构,专用传感-AI硬件恐将引发新一轮碎片化。一种通用的物理状态接口——精神上类比于指令集架构(ISA)——可为不同机器与模态提供共享语言。它不应标准化传感器本身,而应标准化AI所需的核心信息:障碍物距离、相对速度、运动方向与碰撞时间。
一台设备可通过事件驱动视觉推断逼近障碍物,另一台则依赖事件驱动雷达,但二者均可向AI输出相同的物理状态表征。感知保持专业化,接口实现通用化。
该接口由用户、应用场景与产业共同驱动,成为具身感知与人工智能之间的契约;而原生事件驱动的专用硅芯片,则提供从物理事件通往该接口的高效通路。

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