类脑芯片+激光雷达：赋能人机协同更安全，Fraunhofer NeurOSmart项目破解工业协作难题

摘要：本文将解析NeurOSmart项目的核心技术、研发团队、应用价值，以及其为工业制造带来的变革，为技术从业者、工业领域从业者、行业观察者呈现专业且易懂的深度解读。

引言：在工业制造领域，能够不仅完成简单任务、还能全方位辅助人类工作的机器人技术，已成为核心关键技术之一。但要实现这一目标，机器人必须掌握复杂动作、精准执行指令，同时始终与人类保持安全距离。如今，弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer-Gesellschaft）的研究人员在NeurOSmart旗舰项目中，成功实现了这种人机协同模式，通过整合多种前沿技术，让人类与机器的协作变得安全、高效且灵活。

一、项目核心：多技术融合，打造安全人机协同系统

NeurOSmart项目的核心突破，在于将多种前沿技术有机整合，构建了一套完整的人机协同安全系统。研究人员主要融合了三大关键技术：一是搭载激光雷达（LIDAR）的传感器系统，可实时监控人机共享工作区域；二是人工智能支持的芯片，能在传感器系统内直接完成信号评估；三是类脑芯片技术，其工作原理模拟人类大脑，具备极高的能效比。

该项目由弗劳恩霍夫硅技术研究所（ISIT）牵头协调，参与方还包括弗劳恩霍夫光子微系统研究所（IPMS）、弗劳恩霍夫微电子电路与系统研究所（IMS）、弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所（IWU），以及弗劳恩霍夫智能分析与信息系统研究所（IAIS）。多机构协同发力，确保了技术的全面性与落地性。

“我们与项目合作伙伴一起，进一步研发并整合了各项技术，构建了完整的系统。有了这套系统，人类与机器的协作将完全没有风险。”弗劳恩霍夫ISIT光学系统负责人、海德西海岸应用科学大学微技术荣誉教授顾 Shan Shan（Shanshan Gu-Stoppel）表示。借助智能传感器技术与人工智能数据处理能力，NeurOSmart技术真正实现了人类与机器人的近距离安全协作。

（图片来源：弗劳恩霍夫IWU）

二、关键技术一：激光雷达传感器系统，实时监控人机共享区域

NeurOSmart项目的传感器系统采用“鸟瞰视角”，实时监控人类与机器人共同活动的区域，其核心组件是激光雷达（LIDAR，光探测与测距）激光。这种激光会发射近红外波段的短脉冲，通过接收反射信号，实现3D距离测量，精准捕捉区域内的所有动态与静态物体。

为了实现全工作区域的覆盖与高分辨率成像，研究人员采用了可移动的微机电系统（MEMS）反射镜，将激光投射到整个工作区域，生成高清3D图像。同时，研究人员还成功优化了反射镜的性能与能效：“我们为MEMS反射镜采用了厚度仅1微米的压电氮化铝钪（AlScN）材料。”顾 Shan Shan 解释道，这种材料的应用的，大幅提升了反射镜的响应速度与能量利用效率。

NeurOSmart项目的一大核心特色，是将数据处理功能直接集成到传感器系统中。传感器的宽视场会产生大量图像数据，系统首先对这些数据进行预处理；随后，由弗劳恩霍夫IMS研发的人工智能算法对输入信号进行整合，识别出场景中需要重点关注的区域；之后，传感器会精准对准这些区域进行后续分析，从而节省电力、降低数据传输速率，实现高效节能的实时监控。

三、关键技术二：类脑计算，实现快速低耗的实时决策

数据评估是机器人控制的核心基础，而这一步骤同样在传感器系统内直接完成。在纳米电子技术中心（CNT）业务部门负责人托马斯·坎普夫（Thomas Kämpfe）的指导下，弗劳恩霍夫IPMS的研究人员聚焦类脑计算理念，研发了一款专用加速芯片。这款处理器由许多小型计算单元组成，这些单元以矩阵形式互连在晶圆上，形成高效的计算网络。

每个芯片都相当于一个“思考单元”，能够独立做出决策——这种技术的设计灵感源于人类大脑的工作模式，因此被称为“类脑计算”。与传统计算方式相比，类脑计算不仅响应速度快，还具备极高的能效比，完美适配工业场景中对实时性与低功耗的双重需求。

弗劳恩霍夫IAIS则为类脑计算研发了高度专用的人工智能模型，确保数据处理的精准性与高效性。从接收信号、完成评估，到机器人手臂做出机械响应，整个过程仅需几毫秒。这一极速响应能力，即便在重型机器人场景中也能实现安全协同：当人类靠近时，人工智能会自动减速或停止机器人运行，避免碰撞风险。此外，弗劳恩霍夫IAIS还通过模拟整个机器人单元，还原了现实中无法复制的危险场景，为系统训练提供了安全高效的环境。

“类脑计算是硬件架构发展的重要一步，它不仅能快速处理资源密集型人工智能应用，还具备极高的能效比。”坎普夫表示。顾 Shan Shan 补充道：“NeurOSmart项目的技术不仅能让工业生产更具灵活性和效率，还能让工厂车间成为一个安全、有创造力、以人为本的工作场所，惠及所有员工。”

四、项目价值：标准化平台赋能工业，未来应用场景广泛

NeurOSmart项目的组件与方法，构建了一个标准化技术平台。工业客户可以基于这个平台，针对自身的具体场景，开发专属应用，大幅降低了技术落地的成本与难度。这种标准化设计，让这项安全人机协同技术能够快速适配不同行业、不同规模的制造企业，推动工业生产模式的升级。

除了工业制造领域，NeurOSmart项目的技术未来还将拓展到更多场景。其高效节能的特性的，能够延长设备续航时间，因此有望应用于无人机领域；同时，在农业传感器系统中，这项技术也能发挥优势，通过精准监控与低功耗运行，助力智慧农业的发展。

随着工业4.0的持续推进，人机协同已成为制造业升级的必然趋势。NeurOSmart项目通过类脑芯片与激光雷达的创新融合，破解了人机近距离协作的安全难题，既提升了生产效率，又保障了人员安全，为工业制造的智能化、人性化发展提供了全新路径。未来，随着技术的不断优化与落地，这项技术将进一步推动各行业的人机协同变革，解锁更多应用可能。

【结尾互动】你认为类脑芯片+激光雷达的组合，会成为工业人机协同的主流技术方案吗？这项技术除了工业和农业，还能在哪些领域实现突破？欢迎在评论区留言讨论，下方加关注，获取更多前沿工程与AI技术解读～

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