历史上的今天
返回首页

历史上的今天

今天是:2025年04月15日(星期二)

正在发生

2021年04月15日 | 开发板还能这么用?用Jetson Nano支持便携式AI假肢

2021-04-15 来源:机器之心等网络内容综合

近年来,基于深度学习的神经解码器已成为实现神经假肢灵巧、直觉控制的主要方法。人类甚至已经设想出了这种假肢在医学领域的广泛应用图景。


图片


然而,由于深度学习对计算的要求很高,很少有研究将其应用于临床。边缘计算设备的发展为解决这一问题提供了可能。

在一篇新论文中,来自明尼苏达大学等机构的研究者提出了一种基于嵌入式深度学习控制的神经假肢实现。该研究中的神经解码器基于 RNN 架构设计,部署在 NVIDIA Jetson Nano 上。NVIDIA Jetson Nano 拥有不错的 AI 算力,但体格非常小巧,这使得假肢安装者可以实时控制每一根手指,同时还能自由移动。

图片


研究者利用外周神经信号在桡骨截肢的志愿者身上评估所提出的系统。实验结果显示,无论是在实验室还是真实环境下,该系统都能提供鲁棒、准确(95-99%)、低延迟(50-120 毫秒)的单个手指控制。

图片


研究者表示,据他们所知,该系统是第一个在临床神经假肢应用的便携式平台上有效实现深度学习神经解码器的系统。这种新型假肢系统拥有嵌入式人工智能,可以作为新型可穿戴生物医学设备的基础,有助于加快深度神经网络在临床应用中的部署。


论文链接:https://arxiv.org/pdf/2103.13452.pdf

这一成果离不开之前研究取得的进展,包括 Overstreet 等人 2019 年提出的连接神经纤维和生物电子系统的神经束内微电极阵列;Nguyen 等人 2020 年设计的能同时展开神经记录和刺激的 Neuronix 神经接口微芯片;Luu 等人 2021 年提出的降低解码器计算复杂度的深度学习电机解码范式优化;以及 SOTA 边缘计算平台的软硬件实现等。

系统概览

下图展示了研究者提出的神经假肢神经解码器的大体构造:


该系统包含 Scorpius 神经接口、带有定制载板的 Jetson Nano、定制的手臂控制器以及一个可多次充电的锂电池。

下图是该系统的原型图。AI 引擎重 90 克,锂电池(7.4V,2200mAh)重 120 克。在实际应用中,整个系统都可以集成到假肢内部,替代假肢现有的 ENG 传感器和电子设备,因此对手臂的重量和美感影响极小。

图片


神经数据是通过研究者之前提出的 Scorpius 神经接口获得的。每个 Scorpius 设备有 8 个记录通道,配有频率整形(FS)放大器和高精度模数转换器(ADC)。根据需要的通道数量,可以配置多个设备。FS 神经记录器被证明能够在抑制 artifact 的同时获得超低噪声神经信号。原始的神经数据会直接传输到 Jetson Nano 电脑进行进一步处理。

该系统的核心是由 Jetson Nano 平台支撑的 AI 引擎。研究者设计了一个定制的载板为 Nano 模块提供电源管理和 I/O 连接。该模块可工作在 10W 模式 (4 核 CPU 1900 MHz,GPU 1000 GHz) 或 5W 模式 (2 核 CPU 918 MHz,GPU 640 MHz) 下,按当前电池尺寸,可分别连续使用 2 小时和 4 小时左右。

在这个系统中,训练好的深度学习模型被部署到 AI 引擎上,实时地将神经信号转化为个体手指运动的真实意图。最后的预测被发送到手部控制器来驱动假手。

这个假手是基于英国科技公司 Touch Bionics 的 i-Limb 假肢平台设计的,有五个单独驱动的手指。研究者用定制的手部控制器替换了原来的 i-Limb 默认驱动器,从而根据深度学习模型的预测,直接操作隐藏在每根手指中的直流电机。该控制器是围绕 ESP32 模块设计的,带有一个低功耗微控制器。

下图 3 更详细地展示了各个组件的硬件实现:

图片


关于该研究的更多细节可以参考原论文。


推荐阅读

史海拾趣

ARMKEIL Microcontroller Tools公司的发展小趣事

随着技术的不断进步和市场的不断扩大,ARMKEIL Microcontroller Tools公司开始实施全球化战略。公司不仅在欧洲和美国设立了研发中心和销售网络,还积极开拓亚洲市场,与多个国家和地区的合作伙伴建立了紧密的合作关系。通过全球化布局和市场拓展,ARMKEIL Microcontroller Tools公司的业务范围不断扩大,品牌影响力也逐渐提升。

这五个故事只是ARMKEIL Microcontroller Tools公司发展过程中的一部分。实际上,该公司的成长历程充满了无数的挑战和机遇。正是凭借着对技术的不断追求和对市场的敏锐洞察,ARMKEIL Microcontroller Tools公司才能在激烈的竞争中脱颖而出,成为嵌入式系统开发工具领域的佼佼者。

High Voltage Power Solutions Inc公司的发展小趣事

为了进一步扩大业务范围和提升技术实力,Keil公司决定与美国德克萨斯州理查森的Keil Software Inc进行联合运营。这一举措不仅使公司得以接触更广阔的市场,还促进了双方在技术、产品和市场等方面的深度融合。联合运营后,Keil公司的发展速度明显加快,逐渐在嵌入式系统开发工具市场上占据了重要地位。

Burr-Brown公司的发展小趣事

2000年,Burr-Brown被著名的美国德州仪器公司(Texas Instruments)收购,成为其高性能模拟器件部门的一部分。这一收购为Burr-Brown提供了更强大的资源和支持,使其能够继续专注于模拟器件(如ADC、DAC等)的生产和创新。在德州仪器的引领下,Burr-Brown持续保持技术领先,为全球电子行业的发展做出了重要贡献。

这五个故事共同展现了Burr-Brown公司从创立到发展壮大的历程,以及其在电子行业中的卓越成就和持续创新的精神。通过不断适应市场变化和技术进步,Burr-Brown成功地在竞争激烈的电子行业中脱颖而出,成为一家备受尊敬的企业。

HELUKABEL公司的发展小趣事

随着公司规模的扩大,Burr-Brown开始寻求海外市场的发展。1961年,公司首次进入国际市场,开启了全球化的发展道路。十年后,英国子公司的设立进一步巩固了公司在欧洲的市场地位。四年后,日本分公司的创建则标志着Burr-Brown在亚洲市场的深入拓展。到1979年,公司的销售额已经有50%来自于美国以外的国家,显示出其强大的国际竞争力。

安普康(AMPCOM)公司的发展小趣事

安普康(AMPCOM)自创立之初,就致力于将品牌推向国际市场。随着公司规模的扩大和产品线的丰富,安普康开始实施全球商标注册战略。从2011年首次申请安普康AMPCOM商标,到随后的几年内在泰国、日本、新加坡、老挝、澳大利亚等多个国家成功注册,安普康的品牌影响力逐渐扩大。这一过程中,公司不仅面临着不同国家法律法规的挑战,还需应对文化差异和市场需求的差异。然而,凭借专业的团队和精准的市场定位,安普康成功地将品牌推向了全球舞台。

FCT Electronics公司的发展小趣事

近年来,智能制造成为电子行业的新趋势。FCT Electronics紧跟时代步伐,开始探索智能制造领域。公司引进了先进的自动化生产线和检测设备,提高了生产效率和产品质量。同时,FCT Electronics还积极开发智能测试系统,为客户提供更加便捷、高效的服务。这一转型不仅提升了公司的市场竞争力,也为未来的发展打开了新的空间。

上述五个故事,仅基于公开信息和电子行业的一般发展趋势构建,并非FCT Electronics公司的真实历史事件。如需了解FCT Electronics公司的真实发展情况,请查阅相关官方资料。

问答坊 | AI 解惑

如何用c开发dsp

关键字:TMS320F24X C DSP :; DSP; C; TMS320F24X…

查看全部问答>

【转】Linux内核裁剪的具体步骤

在menuconfig中配置: 详细介绍内核配置选项及删改情况 第一部分:全部删除 Code maturity level options ---> 代码成熟等级选项 []Prompt for development and/or incomplete code/drivers 默认情况下是选择的,这将会在设置界面中显示还在开 ...…

查看全部问答>

SAA3010红外解码遇到一些地方不是很明白

我的解码思路是这样的,两次进入外部中断以后开启定时器,关闭外部中断,第一次进入定时器中断时间是400us,以后都是800us这样就可以对每一位码位进行两次采样。 控制位一位,系统码位5位,数据码位6位。总共12位。一位采样两次。总共24次,正好 ...…

查看全部问答>

条码打印机资料参考

我公司是北京地区专业提供标签打印机,条码打印机, 条码数据采集器设备和商品仓储管理系统配套方案的专业化公司, 为企业单位在生产流程管理和商品仓储管理实现条码信息化应用, 无线条码数据采集,盘点应用,仓储信息化管理提供专业的产品和解决方案 ...…

查看全部问答>

才学单片机,这个程序到底是啥问题,请高手请教,非常感谢

#include #define uchar unsigned char int flag; unsigned int count; sbit l1 = P1^0; sbit l2 = P1^1; sbit l3 = P1^2; sbit s1 = P1^3;             //第一个红外开关 sbit s2 = P1^4;  ...…

查看全部问答>

将5.0中的第三方驱动移植到wince6.0中的问题

请问有谁用过OXFORD的OXU210HP这颗USB芯片吗? 在wince5.0下,OXU210的驱动提供了一个cec文件,导入cec文件后,在PB右侧的catalog的第三方驱动中的列表中出现了这个USB的驱动,将它加入我的BSP中,就可以使用了。 我现在要把这个驱动移植到6.0中 ...…

查看全部问答>

TCPMP播放的时候拔卡死机的问题

我现在用TCPMP播放视频,当TCPMP正在播放的时候,我拔掉卡,系统会给我一个拔卡事件,之后我关闭TCPMP播放。这样理论是应该是没有问题的,但是实际上操作,却偶尔发现播放器会死掉(系统还没死,只是TCPMP被卡住了)。我对播放进行跟踪,发现是播放器 ...…

查看全部问答>

关于BOOTROM的生成问题?

我在CONFIG.H中设置好 DEFAULT_BOOT_LINE   \"secEnd(0,0)host:vxWorks h=192.168.0.1 e=192.168.0.100:ffffff00 u=target pw=target tn=S3C4510\"后! 生成bootrom_uncmp后转化成bootrom.bin,再烧写到boot flash中! 启动后,能ping ...…

查看全部问答>

还是搞不懂怎么烧写NORFLASH

                                 我用的是STM3210E-EVAL评估板,想把程序中有一些表,数组放到NOR FLSAH中去,实在不知怎么烧进去,请懂的朋友 ...…

查看全部问答>