中山大學成功應用AI與深度學習技術,導入通訊技術、半導體、嵌入式系統,成功打造臺灣第一臺具備AI能力、100%MIT的海洋專用水下無人機。未來可應用於國防、綠能、搜救等。
為進一步了解水下世界,國立中山大學執行國科會半導體射月計畫「水下無人載具人工智慧系統關鍵技術研發」整合型計畫。應用AI與深度學習(Deep Learning)技術,導入通訊技術、半導體、嵌入式系統,打造出臺灣第一臺具備AI能力的海洋專用水下無人機。
中山大學新聞稿表示,這臺海洋無人機在辨識速度、影像資訊豐富度、定位、避障導航、充電效率等享有技術優勢。搭載創新AI技術的AUV,可辨識玻璃瓶、寶特瓶、輪胎和潛水員、獅子魚、海龜、鯊魚、魟魚等20多種生物,可望助攻海洋環保、漁業養殖汙染監控和海洋搜救等工作。
負責這項計畫的中山大學電機系教授兼研發長王朝欽指出,要在海洋進行建設與學術發展,自主式水下無人機(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)技術至關重大。相較於空中無人機,海洋專用水下無人機面臨更嚴苛的環境考驗,團隊開發低功耗、高效能的輕量化神經網路演算法與硬體加速器,並應用影像除霧、色彩還原與LED智慧補光等AI技術。
王朝欽說,無人機將水下物件辨識正確率提升至80%以上,且辨識速度快如人眼,約為每秒辨識20張照片的高速效能。」除了物件辨識外,團隊還為AUV搭載海床底質聲學遙測分析AI系統,能夠分析泥、沙、岩石等海床材質,可應用於國防(潛艇)、綠能(離岸風電)、魚探機等領域。
為驗證研發的AUV能夠克服泥沙、洋流、光線昏暗等海洋環境考驗,團隊將AUV分階段於高雄港、安平港、小琉球外海實測。王朝欽特地受訓考取「初階開放水域潛水員」執照,親自下海實測。實海測試確認AUV的除霧、避障、辨識、大範圍(80X80公尺)巡航等能力。
研究團隊表示,研究也發展出2種AUV快充技術,包括快速更換電池與無須上岸的隔水充電,為海洋研發續航取得時效優勢。
王朝欽說,為減少耗電,團隊捨棄即時學習,在下水前就為AUV做好機器學習,將電力留給即時辨識的運算耗能,讓AUV在海洋中能夠做到即時偵測、辨識和追蹤物件。
中山大學指出,身為臺灣首度為AUV搭載AI能力的研發團隊,過程中也面臨各式難題。例如,要讓AI做到精準辨識,必須具備至少萬張的大量標示好的物件圖片,團隊善用3D建模技術將一張照片擴大至百張的效益,才順利建立水下資料庫。
研究團隊也說,水下世界背景噪音大、聲波傳導更為複雜與困難,團隊首度在小琉球外海實測時,就發生母船下達啟動聲音訊號後,AUV卻無法啟動的狀況。透過加大聲音發射功率、發射角度對準AUV方位、避開海床或船隻等聲波折射干擾因素三管齊下,AUV終於在近半海浬外接收到母船發出的訊息、順利啟動。(中央社)