系统位:6月18日

多伦多汽车又赢了

图片来源:多伦多大学

多伦多大学学生领导的自动驾驶汽车团队已经完成了连续两场胜利上个月在密歇根州安阿伯举行的年度自动驾驶挑战赛上。

这项为期三年的挑战赛将在北美的大学举行，提供配备自动驾驶技术的雪佛兰Bolt电动汽车。他们的目标是在2020年拥有完全自动驾驶的电动汽车。今年的比赛重点是城市驾驶。八个团队必须展示他们的车辆如何应对交通标志、十字路口的红绿灯和人行横道。最后一项挑战是在密歇根大学的MCity模拟城市课程中进行的，该课程旨在测试自动驾驶汽车。

“我为我们的团队感到非常自豪，”多伦多大学航空航天研究所(UTIAS)教授蒂姆·巴富特(Tim Barfoot)说。“看到他们所有的努力都得到了回报，真是太棒了。这辆车的表现几乎完全按照计划进行。球队真的走到了一起，互相支持，做得很好。”

图片来源:多伦多大学

多伦多大学的团队将工程专业的学生与计算机科学专业的学生配对。

“我们在交通标志挑战中表现完美，在最后完成了完美的停车工作，”技术团队负责人基南·伯内特(Keenan Burnett)说，他是多伦多大学工程科学专业的毕业生，现在正在UTIAS攻读硕士学位。“在MCity挑战赛中，我们是所有队伍中跑得最远的。”

伯内特说，他们获胜的关键是在过去的一年里，他们对多伦多大学的自动驾驶汽车宙斯(Zeus)进行了许多改进。其中包括使用激光雷达(光探测和测距)定位来精确确定汽车的位置，以及使用深度神经网络来正确检测行人和交通灯。为此，他们收集了7万多张图像的数据集。

该团队在九个评审类别中除一个以外的所有奖项中都获得了第一名。他们在社会责任、地图绘制挑战、行人挑战、MCity挑战等方面都获得了最高分。他们是概念设计的亚军。

伯内特说:“我们对迄今为止所做的工作感到非常自豪，并着眼于未来。”为了准备明年的决赛，该团队将开始提高宙斯的物体探测能力，并专注于开发一个完全可靠和安全的操作系统。

多伦多大学与凯特林大学、密歇根州立大学、密歇根理工大学、北卡罗来纳州a&m州立大学、德克萨斯州a&m大学、滑铁卢大学和弗吉尼亚理工大学竞争。

“我认为我们在第三年有一个很好的机会，”伯内特补充道。“我们希望在明年的某个时候在公共道路上测试宙斯。”

加州理工学院使用人工智能使无人机着陆更顺畅
有多个旋翼的无人机降落可能具有挑战性。由于旋翼产生的湍流，降落和起飞可能会出现操作问题，特别是对于自主无人机。

加州理工学院的自主系统与技术中心(CAST)提出了神经着陆器这是一个具有深度神经网络的系统，将人工智能与控制技术相结合，以解决无人机着陆时的摆动问题。

工程与应用科学部(EAS)布伦航空航天教授、加州理工学院为NASA管理的喷气推进实验室的研究科学家Soon-Jo Chung说:“这个项目有可能帮助无人机更平稳、更安全地飞行，特别是在不可预测的阵风存在的情况下，并且由于无人机可以更快地着陆，消耗的电池电量更少。”该项目由Chung和加州理工学院人工智能专家Anima Anandkumar(计算和数学科学的布伦教授)和Yisong Yue(计算和数学科学的助理教授)合作完成。

深度神经网络(DNNs)是受大脑等生物系统启发的人工智能系统。名字中的“深度”部分指的是数据输入经过多层，每一层都以不同的方式处理传入的信息，以梳理出日益复杂的细节。dnn能够自动学习，这使得它们非常适合重复的任务。

为了确保无人机在DNN的指导下顺利飞行，该团队采用了一种称为光谱归一化的技术，该技术平滑了神经网络的输出，这样它就不会随着输入或条件的变化而做出巨大变化的预测。通过在3D空间中检查理想轨迹的偏差来测量着陆的改进。进行了三种类型的测试:直线垂直着陆;弧形降落:下降的弧形降落;在飞行中，无人机掠过破碎的表面——比如桌子的边缘——地面湍流的影响会有很大的不同。

新系统将垂直误差降低了100%，允许控制着陆，并将横向漂移降低了90%。在他们的实验中，新系统实现了实际着陆，而不是像未经修改的传统飞行控制器那样，在离地面10到15厘米的地方停留。此外，在掠过测试中，当无人机从掠过桌子过渡到在边缘之外的自由空间飞行时，神经着陆器产生了一个更平滑的过渡。

岳说:“由于误差更小，神经着陆器能够更快、更平稳地着陆，并平稳地在地面上滑行。”新系统测试在铸three-story-tall飞机场,可以模拟一个几乎无限的各种室外风环境。

“这项跨学科的努力带来了机器学习和控制系统的专家。我们才刚刚开始探索这两个领域之间丰富的联系。”

除了它明显的商业应用——钟和他的同事已经为新系统申请了专利——新系统可能对中国科协目前正在开发的项目至关重要，包括一种可以降落在难以到达的地点(如交通拥堵)的自动医疗运输工具。Hans W. Liepmann航空和生物工程教授Morteza Gharib说:“在运送受伤人员时，能够迅速平稳着陆的重要性怎么强调都不为过。”中国科协主任;也是空中救护项目的主要研究员之一。

本研究由CAST和雷神公司资助。

CMU在锂离子电池方面的工作
卡耐基梅隆大学的Venkat Viswanathan和研究生Shashank Sripad和Dilip Krishnamurthy正在努力改善锂离子电池的安全性在智能手机、助听器和数码相机等设备中很常见。

维斯瓦纳坦是机械工程助理教授，研究如何设计材料来创造新的能量转换和提高存储能力。

锂离子电池“基本上是你能找到的能量密度最高的电池，”斯里帕德说。“对于许多便携式电子产品来说，它们是你唯一可以使用的电池。”

不幸的是，它们也曾意外短路，引发火灾和其他安全问题。

这些不足是由树突引起的，树突是电池内部离子的微小分支。当电池充电时，锂离子在正极和负极之间移动，也就是阴极和阳极。有时离子不会进入阳极，而是沉积在阳极表面。随着时间的推移，它们堆叠起来，形成树突。如果树突到达阴极，电池短路，就会起火。

维斯瓦纳坦和他的团队希望通过防止其源头——阳极的枝晶生长来提高电池的安全性。他们特别关注低温下树突的生长。当电池的环境很冷时，“能量障碍变得更加重要，”Krishnamurthy说。“这意味着将锂离子推入阳极将不那么容易。”

斯里帕德说，为了防止障碍，“电池消耗自己的能量来加热。”不用说，这会消耗能量，降低电池的效率。

由于这项研究，维斯瓦纳坦获得了海军研究办公室颁发的2019年青年研究员奖。青年研究员计划支持年轻的学术科学家和工程师研究有利于海军和海军陆战队目标的课题。作为该奖项的获得者，维斯瓦纳坦将与其他海军研究实验室的研究人员密切合作，使工作与海军应用相关。

维斯瓦纳坦和他的团队说，他们希望这次合作能找到一种切实可行的方法来减缓树突的生长。如果他们成功了，改进的电池安全性可能会对海军和公共部门产生切实的影响。

“想想潜艇，甚至游轮，”斯里帕德说。“它们都暴露在低温下。这肯定会提高他们大多数储能系统的可靠性和安全性。”

对于维斯瓦纳坦和他的团队来说，未来几年可能会充满挑战和胜利。还有很多很多电池。