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DARPA最新动态:“联合大学微电子学项目”、通信用毫米波数字相控阵技术、“受驱动的非平衡量子系统”项目、高超声速发动机研究…

时间:01-30 00:00 阅读:159次 转载来源:战略前沿技术

远望智库:与智者同行,为创新加速

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DARPA“联合大学微电子学项目”将极大提升美国电子创新能力

来源:国防科技要闻

作者:申淼

美国国防高级研究计划局(DARPA)的主要任务是研发未来几年可增强决定性的国家安全能力的先进技术。新技术的获得通常始于基础科学与工程研究;反之,通过应用及目标为导向的工程和产品研发,这些基础研究也为实现重大技术提升奠定了基础。

因此,为加快庞大而复杂的微电子领域前端技术的发展,DARPA启动“联合大学微电子学项目”(JUMP),旨在解决微电子技术中新兴的和现有的挑战。截至1月1日,由来自30多所美国大学的研究人员组成的六大JUMP项目研究中心已经开始探索性研究活动,这将影响未来数十年国防及商业技术的发展。 

一、项目背景

JUMP项目及其在基础微电子技术领域建立基础研究基地的活动只是DARPA“电子复兴倡议”的一部分。未来四年,“电子复兴倡议”将投入数亿美元,以确保在电子性能方面取得长足的进步。“电子复兴倡议”是商业界、国防工业界、大学研究人员和国防部之间开展的前瞻性合作项目。由工业界、学术界和国防部门之间联合开展的JUMP是推进“电子复兴倡议”发展的几个关键组成部分之一,旨在培育美国下一轮半导体技术创新所需的环境。

二、项目基本情况

从2016年开始,DARPA与非营利性半导体研究公司(SRC)合作,组建了一个工业合作伙伴组成的联盟,包括IBM公司、英特尔公司、洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司、雷声公司、台湾积体电路制造股份有限公司和三星公司等,它们是JUMP项目的基础。

该联盟以半导体研究公司作为行政中心,并于2017年在全球范围内向大学寻求研究建议书,目标是找到解决微电子领域发展挑战的创新方法。该项目预计为期五年,将花费约2亿美元,其中DARPA承担约40%的费用,其余60%由联盟合作伙伴共同承担。

三、项目目标

DARPA JUMP项目经理林顿·萨蒙表示,JUMP及其6个主题研究中心的任务是推动新一轮基础研究,为国防部和国家安全提供2025~2030年期间所需的基于微电子的颠覆性技术。萨蒙表示,希望通过这些大学团队寻求应对严峻的技术挑战的创新解决方案,克服当前在电子系统性能和可拓展性方面存在的局限性。这反过来也有助于发展可极大增强作战人员环境感知、信息处理以及通信能力的相关技术。

四、JUMP项目六大研究中心

JUMP项目共有六个研究中心。它们可分为两大类:一类是四个以“纵向”应用为核心的研究中心,另一类是两个以“横向”学科研究为核心的研究中心。

对于JUMP而言,“纵向”研究中心旨在解决以应用为导向的目标,利用超越当前可用能力的能力促进复杂系统的发展。其中,研究重点包括认知计算、智能记忆和存储、分布式计算和网络、无线射频和太赫兹传感器以及通信系统等领域。这些研究旨在研发可在未来五年时间框架内转化为军用和工业应用并在10年内可部署的系统。以下是JUMP项目四大“纵向”研究中心:

(1)脑启发使能自主智能计算中心(C-BRIC):由美国普渡大学的考希克·罗伊领导的C-BRIC项目旨在在认知计算领域取得重大进展,目标是研制新一代自主智能系统。下一轮人工智能浪潮有望实现如无人机和个人机器人助手等自主智能系统,但需要新型半导体技术来满足超越当前机器学习应用所需的能量和计算需求。来自9所大学的研究人员将探索神经启发算法、理论、硬件结构和应用动力,以实现该中心的任务,并为未来的人工智能硬件奠定基础。

(2)聚合太赫兹通信与感知中心(ComSecTer):加州大学圣巴巴拉分校马克·罗德维尔领导来自10所大学的研究人员将在ComSecTer研究旨在支持无人驾驶车辆革命和新兴智能高速公路的未来蜂窝基础设施技术。预计蜂窝基础设施能够支持厘米精确定位、高分辨率成像和轻型“耳语无线电”(whisper radio)等技术所需的数据需求。研究人员将利用其解决与当前的自动驾驶相关的某些通信、安全及导航问题。

(3)普遍感知、认知和行动网络基础设施计算(CONIX):根据CONIX,卡内基梅隆大学的安东尼·罗将带领来自7所大学的研究人员为介于边缘设备和云之间的网络计算研发一种体系结构。虽然物联网依赖于云、边缘设备和网络的共生关系,但由于物联网生成的日益增加的数据需要云端进行处理,因此现有网络面临的压力越来越大。通过将智能集成至网络,CONIX旨在通过将处理和决策过程转移到云端之外以及使当前和未来的物联网应用具有更灵活的适应性来重新考虑当前的系统。

(4)智能存储与内存处理研究中心(CRISP):由弗吉尼亚大学的Kevin Skadron领导来自9所大学的研究人员将致力于推翻“内存壁垒”。这是一个在计算机系统中存在70年之久的技术瓶颈,阻碍着大数据在技术发现方面的使用。此项研究将致力于消除阻碍用户访问数据能力的内存与存储之间的分离。为完成这项任务,CRISP的研究人员试图将计算机处理能力建立在芯片级的存储器和3D堆栈具有存储器芯片的配对处理器上。一旦解决上述问题,用户将能够执行以前无法实现的海量信息计算,最终能够实现在国家安全、医学发现等领域的快速发展。

两个“横向”研究中心将致力于推动特定学科的根本性发展,目标是在一些与JUMP赞助商相关的领域(包括先进体系结构和算法、先进设备、包装和材料)取得颠覆性的突破。以下是JUMP项目两个“横向”中心:

(5)应用驱动体系结构(ADA)中心:ADA中心由密歇根大学的瓦莱里娅·波塔科领导,旨在通过使设计和制造流程大众化来极大降低研发先进计算系统所需的成本、复杂性和能源。来自9所大学的研究人员将共同合作,全面重新思考当前的设计方式,为系统硬件和软件设计研制一种模块化方法。预计由ADA中心研究的 “即插即用”生态系统有助于减少研发新系统所需的技能障碍,扩大人才储备,培养创意,以帮助推动新计算领域的建立和发展。

(6)节能集成纳米技术应用与系统驱动中心(ASCENT):ASCENT致力于解决与当前电子设备相关的数据传输瓶颈和能效挑战。美国圣母大学的苏曼·达塔将带领13所大学的研究人员解决目前的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术预期极限,以提高未来计算系统的性能、效率和能力。为实现该目标,该中心将探索四个主要的研究领域,包括新颖的集成方案、创新的设备技术以及硬件加速器的应用。

DARPA计划发展通信用毫米波数字相控阵技术

来源:电波之矛

作者:工业和信息化部电子第一研究所  王巍

据DARPA网站2018年1月24日报道,DARPA正在组织设立“毫米波数字阵列”(MIDAS)项目,旨在发展工作在18GHz~50GHz频段的多波束数字相控阵技术,以加强军事系统之间的安全通信能力。

越来越希望在小型移动系统上广泛应用毫米波频带进行通信,因为较小辐射孔径所产生的窄天线波束有助于增强通信安全能力。然而,今天的毫米波系统被设计用于专门系统,并不方便使用,缺乏互操作性,因此只能应用于最复杂的系统。为了扩大毫米波相控阵技术的应用范围,使其在美国国防部系统广泛应用,必须克服宽带频率覆盖、精确波束指向、用户发现和网状网络等多个挑战性的技术问题。目前,多波束相控阵已经应用,数字无线电和毫米波技术也取得了进步,如果毫米波相控阵技术被应用于通信和网络移动系统,意味着技术发展的地平线上将发生范式转换。

工作于更高频率毫米波频段的相控阵技术,是新兴5G蜂窝手机市场的一个活跃的研究领域。然而,商业应用主要解决“最后一公里”问题,消费者需要给高数据吞吐量的应用以更多的带宽,在相对较短的距离上,在预定的频率范围内,使用户发现的障碍最小。与之相比,军用系统处于更复杂的通信环境。而且,如今的军事系统通常相隔数十英里,甚至数百英里距离,并在三维空间里以未知的方向移动。这种环境对于波束形成技术所带来的挑战,无法通过应用现有的商业通信方法轻易解决。

DARPA项目经理蒂莫西·汉考克说:“想象一下,两架高速飞行的飞机相互运动。它们必须在空中找到彼此,以便利用定向天线波束进行通信,这就产生了一个非常困难的、利用商用相控阵方案无法解决的挑战性问题。”

为了克服这些挑战性问题,DARPA将启动“毫米波数字阵列”(MIDAS)项目。该计划的目标,是开发基本单元级别的数字相控阵技术,以支持下一代军用毫米波系统。为了解决自适应波束形成问题,并确保最终解决方案获得广泛应用,MIDAS项目寻求创建一种能够支持多波束定向通信的通用数字化阵列单元。研究的重点在于降低数字化毫米波收发器的尺寸并增强其性能,将相控阵技术应用于移动系统,并将移动通信的频段范围提高到不那么拥挤的毫米波频段。

在相控阵设计中,单元级别的数字波束形成技术的进步,带来了新的多波束通信方案——同时在多个方向上接收和发送多个波束,有助于显著减少节点发现时间,提高数据吞吐量。Hancock说:“虽然对下一代相控阵技术至关重要,但今天的数字波束形成技术只应用于较低频率,阵列天线相对于小型移动系统而言也太过庞大。”

毫米波技术的进步有助于将工作频率推向更高频带、缩减相控阵天线阵列尺寸、将定向天线能力引入小型移动系统。Hancock说:“我们正在寻求MIDAS项目的研究建议,使毫米波技术和数字波束形成技术相结合,为美国军队提供具备安全通信能力的无线电技术。”

为了实现目标,MIDAS项目专注于两个关键技术领域。首先是硅芯片的发展,以形成阵列单元核心收发器。其次是宽带天线、收发组件以及系统整体集成方法的发展,使该技术能够被用于战术系统之间的视距通信以及当前和新兴卫星通信等多种应用场合。

DARPA启动DRINQS项目

研究延长量子系统的稳定性

来源:国防科技要闻

作者:袁政英 

1月18日,DARPA国防科学办公室(DSO)公布了一项新的基础研究项目“受驱动的非平衡量子系统”(DRINQS),研究量子领域近期出现的一个重要变化,即周期性地驱动某系统失去平衡,或可以使量子态相干性保持稳定。

背景需求

无论是灯泡中发射光子的激发态电子,还是原子钟里的原子振动频率,量子现象既是自然界的基本现象,也是当前最新技术和未来技术的基础,尤其是在传感器和设备性能不断提高并接近极限的时候。控制量子现象是DARPA在国防领域的一个日益重要的挑战。高精度原子钟可以实现导航和通信的计时功能,甚至在GPS拒止环境下也能够提供和GPS媲美的性能。而基于量子比特(qubit)的计算则为新型计算开辟了途径。目前存在的问题是,量子传感器和设备的性能及可靠性取决于量子态保持相干性的时间长短。如果等待时间足够长,与环境的互作用就会使量子态表现出与传统代表性系统一样的性能及可靠性。但在很多情况下,量子相干性保持的时间非常短。DARPA着眼于发展紧凑实用型量子设备和传感器,已开始致力于验证可大大延长量子系统相干性时间的协议。

原理

量子相干的持续时间之所以较短,是因为量子粒子对周围环境极其敏感,很快会失去稳定,即使是最微小的热变化或其他干扰,也会让量子失去其可预测、可测量的特性。

DARPA项目经理表示,处于量子态的原子和亚原子粒子并不总是与其他粒子安然共存,需要特殊的独立环境,在这种环境中,没有热、电磁或其他干扰使量子失去稳定性。这就是为什么世界上最好的精密计时原子钟需要特殊实验室环境来隔离各个原子的原因。这里面涉及到通过将原子冷却到接近绝对零度的温度来降低原子的速度,并通过激光产生一个晶格结构,使冷却的原子进入安静的稳定状态,不受其他原子的干扰。如果引入一种周期性的驱动力,使粒子在室温条件下紧密地“打包”在一起,同时仍然保持量子相干性,就可以在小型军用设备上重现最先进的传感器(如原子钟和磁力仪等)的性能。

▲对于典型的量子系统(左),在互作用、噪音及其他干扰的综合影响下,量子相干性会在短时间内消失(如箭头所示)。而“受驱动的非平衡量子系统”方法(右)寻求通过增加周期驱动来维持量子系统的稳定。

工作与计划

新项目将组建由理论家和实验人员组成的协作团队,共同开发用于驱动包含大量粒子的量子系统的新方法。这些团队将开发新的协议,以稳定受驱动系统的量子相干性,并演示验证将量子相干性提高至少10倍甚至100倍的理论概念。DARPA计划在2018年2月1日举行在线“提案者日”活动,介绍该项目的目标。该项目的跨部门公告(BAA)预计将在“提案者日”之前公布。

Orbital ATK参与DARPA高超声速发动机研究

来源:航空简报

作者:曹耀国

【据asdnews网站2018年1月23日报道】Orbital ATK公司已与美国国防部高级研究计划局(DARPA)签订“先进全速域发动机”(AFRE)项目合同,进行在新型飞机推进系统中集成涡轮和高超声速发动机技术的可能性研究。AFRE的目的在于研发覆盖常规跑道低速起飞、高超音速飞行到常规着陆的新型飞机推进系统。与其他军用系统相比,该高超声速飞行系统可增加航程,缩短反应时间,提高效率。除了AFRE项目外,Orbital ATK正在开发极寒条件下运行的火箭脉冲发动机,该型发动机在战术和防御应用中,可提高射程和适应性。

DARPA启动“配置安全程序”项目以提高联网系统安全性

来源:仰山智库、中国船舶工业综合技术经济研究院

作者:超超 丁宏

工业控制系统到飞机航空电子设备,无处不在的联网系统的兴起,为部署系统提供了大量的技术支持。即便如此,随着大规模网络连接部署技术项目的展开,越来越多的消费者、工业厂商和军事用户正在转向使用多功能、通用设计的廉价商品现货(COTS)设备。虽然其成本更低且种类更丰富,但是它固有的性质决定其安全性不如定制设备。为此,美国国防部高级研究计划局(DARPA)将目光投向极易被攻击的商品现货设备,以提高它们的抗攻击能力。

美国国防部高级研究计划局信息创新办公室(I2O)项目经理雅各布·托里表示:“目前要想利用商品现货设备、软件和通用配置来达到专用硬件的水平是不可能实现的,而会产生安全风险并增加系统不稳定性。商品现货设备组件中内置的某些功能对于某些用户或应用来说不是必需的,并且这些不需要的功能可能难以检测和关闭。例如,保留不需要的维护或诊断服务功能可能为攻击者规避安全控制创造条件,而系统部署后可能扩大被攻击的不良影响。这种不透明的机制给系统操作员带来了挑战,他们必须依靠组件配置来减少由不必要的功能造成的防御漏洞。”

为了应对商品现货设备激增带来的挑战,并帮助提升联网组合系统的安全性,美国国防部高级研究计划局启动一项名为“配置安全性”(ConSec)的新项目。该项目于1月9日正式对外宣布,旨在开发一个自动生成、部署和管理更安全配置的组件和子系统的系统,用于军事平台。

托里表示:“通过"配置安全性"项目,我们希望能够更好地了解商品现货设备的可用功能以及手头任务的实际需求,然后利用系统配置创建实际所需的功能,同时最大程度地减少可能成为漏洞的多余功能。虽然我们初衷是为军事平台建立相关功能,但是该计划也有在商业和工业系统得到广泛应用的潜力。”

今后用户的任务是寻找方法使传统需要人工配置的过程变得自动化。为了解决这个问题,该项目分为两个技术研究领域:第一个领域着重于减少获取系统在不同的操作环境中需要什么性能时人工干预的时间(该功能要求在每个操作环境中都能够实现),以及满足特定功能可能的组件配置。托里举例说,一艘军舰在海上所需的功能可能与其在港口或干船坞维修时的功能不同。我们的目标是自动识别这些不同的操作环境、系统在每种情况下的预期功能以及所需的组件,这是一个手动的,劳动密集型的过程。”

为了实现这个目标,美国国防部高级研究计划局要求研究人员根据人性化设计的信息格式(例如清单、操作手册和其他标准操作程序(SOPs))以及系统底层组件分析来开发系统模型和撰写功能规格说明书。这些分析的输入将有助于确定组件设置会如何影响其功能、操作人员的行为会如何影响系统行为以及何种操作和任务环境需要复合系统的全部功能。

“配置安全性”计划的第二个技术领域集中在发现能够满足复合系统在不同的相关操作环境下完成其任务所需的组件配置。这里需要利用第一个技术领域中出现的模型和功能规范来找到确定安全配置的方法,消除未使用和不必要的功能,从而消除和减少系统的漏洞。托里表示:“我们要求潜在的用户自己决定如何在关掉所有不需要的功能的同时把所有最好的功能和部分结合起来,以满足高级复合系统的要求。”

托里预计该计划将在未来三年半中分三个阶段推进。“配置安全性”计划的提案截止日期为2018年2月8日。

美国高校在DARPA和空军支持下实现声波制造超微型光二极管,可解决光子集成电路面临的数据容量挑战

来源:大国重器

作者:兵锋

美国伊利诺斯大学的研究人员已经证明,声波可以用来制造超微型光二极管,这些称为光隔离器的器件可能有助于为用于计算和通信的光子集成电路(PIC)解决主要的数据容量和系统尺寸方面的挑战。

研究背景

隔离器是类似于电子二极管的非互易或“单向”器件,它们保护激光源免受背向反射,并且是光网络周围的光信号路由所必需的器件。研究人员表示,目前生产这种“单向”器件的主要技术需要改变其光学特性以响应磁场的材料。

机械科学与工程教授Gaurav Bahl是该研究成果作者之一,他表示,使用磁响应材料实现光子芯片中的单向光流存在几个问题,首先,工业界不能将紧凑的磁铁放在芯片上,但更重要的是,光电代工厂还没有所需的材料,这就是为什么工业界迫切需要一种更好的解决方法,即只使用传统的材料且完全避免磁场。

研究过程

研究人员表示,器件的物理尺寸和材料的可用性并不是现有技术存在的唯一问题。

研究成果的主要作者Benjamin Sohn表示,实验室试图生产紧凑型磁性光隔离器,但一直受到大的光损耗的困扰,光电行业无法承受这种与材料有关的损失,同时也需要一种能够提供足够带宽的解决方案,以便与传统磁性技术相媲美。迄今为止,还没有一种具有竞争力的无磁性解决方法。

图为Benjamin Sohn

Gaurav Bahl表示,日常生活中看不到光与声的相互作用,光线可以穿过一个透明的玻璃窗而不会做任何奇怪的事情,他们的研究领域已经发现,光线和声音确实是以非常微妙的方式相互作用的。如果运用正确的工程原理,就可以通过合适的方式震动一种透明的材料,以增强光和声相互作用的效果,从而解决重大的科学挑战。

研究人员在光电领域权威杂志《自然光子学》(Nature Photonics)上发表了相关研究报告,解释了他们如何利用光与声之间的微小耦合来提供一种独特的解决方案,使得几乎所有光子材料的“单向”器件成为可能。

通过光和声的耦合,可以为光子集成电路解决主要的数据容量挑战。

研究成果

新器件尺寸为200×100微米,由氮化铝(AlN)制成,这是一种可传输光线的透明材料,并与光电代工厂兼容。Benjamin Sohn表示,声波产生的方式类似于压电扬声器,使用的是用电子束直接写在AlN上的微小电极,这些声波迫使器件内的光只向一个方向传播,这是无磁隔离器首次实现超过千兆赫的带宽。

下一步研究

研究人员正在寻找方法来增加这些隔离器的带宽或数据容量,并相信他们可以克服这个障碍。一旦这种情况得到改善,就会带来在光子通信系统、陀螺仪、GPS系统、原子计时和数据中心的变革性应用。

Gaurav Bahl表示,数据中心处理大量的互联网数据流,并因保持联网和服务器的散热而消耗大量的电力,因此,光通信是可取的,因为这种方式产生的热量少得多,这意味着在服务器散热方面可以消耗更少的能量,同时每秒发送更多的数据。

项目支持

美国国防部先期研究计划局(DARPA)和空军研究实验室(AFRL)支持这项研究。

DARPA资助六个计算机设计方案研究中心

来源:计算机技术资讯

作者:杜神甫

冯诺依曼结构有70年了,美国国防部向大学研究人员提供资助旨在为大数据问题提出更明智的方法。 

 

美国国防部高级研究计划署(DARPA)正在资助六个新的中心来开发替代计算架构,例如在存储器中嵌入逻辑,以及使主板冗余的模块化设计。弗吉尼亚大学教授Kevin Skadron表示:“我们需要重新思考整个系统体系。因此,我们需要新的编程框架,使程序员免受这些新的架构能力的束缚,并允许他们编写高度可移植的代码。“ Skadron还表示,操作系统必须通过组织和保护内存的新方法进行重新设计。DARPA资助的一个在密歇根大学(U-M)的中心旨在通过使处理器和内存组件在同一装配中模块化来简化应用程序开发。 U-M教授和ACM杰出科学家Valeria Bertacco说:“当更多的人能够制作应用程序时,那就让这个生态系统绽放了。”他希望能够使用针对算法定制的处理器,以便开发人员能够选择最适合自己任务的处理器。

DARPA为城市作战开发无人机蜂群战术

来源:国防科技要闻

作者:廖南杰

DARPA为无人机蜂群技术设定了一个雄心勃勃的目标:让陆军轻步兵或海军陆战队有能力控制250架或更多蜂群无人机在复杂城市中执行各种任务。DARPA该项目被称为“进攻性蜂群使能战术”(OFFSET),并将为此开展分阶段的“蜂群冲刺”活动,目前已有多家团队参与方案角逐,每个团队均独立验证系统集成和技战术能力。

美军的无人机蜂群技术在过去一年中进展迅速。2016年,美国国防部战略能力办公室使用3架F/A-18战斗机首次展示了蜂群无人机空射能力,一次性释放出103架“山鹑”(Perdix)微型无人机,无人机蜂群在空中自主编队,抵近预定目标并围绕其飞行。

中国电子科技集团(CET)于2017年6月实现了119架固定翼无人机密集弹射起飞、自主编队、集群飞行的演示试验,一举打破了“山鹑”创造的纪录,这也使美军感到了压力。俄罗斯高等经济学院的中国军事问题专家表示,中美两国均意识到了智能无人蜂群平台在未来战争中的巨大价值,两国正在先进算法领域展开竞争。

与2016年主要致力于低空情报收集任务不同,OFFSET项目将聚焦在复杂城市环境下混合控制空中和地面的无人蜂群。

按计划,项目第一阶段由雷声BBN公司和诺斯罗普·格鲁曼公司分别领衔,两家公司的团队将协助设计、研发、部署虚拟及真实环境下的蜂群技术开放架构,并开展试验使蜂群能力成为现实。其他参与者则利用该开放架构致力于五个领域的工作:蜂群战术、蜂群自主、人与蜂群编队、虚拟环境和物理测试平台。

DARPA每隔6个月进行一次“冲刺”,每次冲刺结束后将开展虚拟和物理试验,对取得的成果进行专业测试和整合评估。在6个月的间隔期中,还可能同时进行“特别冲刺”。首次“冲刺”已于2017年11月开始接受竞标团队申请,其目标为开发一种能够控制由50部无人机和地面无人系统组成的蜂群,实现“在15至30分钟的任务时间和2个街区大小面积的城市地形中分割包围目标”的蜂群战术。无人蜂群必须对任务区域进行侦察、判定突破口和撤离点,并在行动区域外围建立防线。

DARPA计划通过“蜂群冲刺”加深对于城市作战环境的理解,及时跟进该领域前沿技术,并对自身现有能力形成认识,最终推进OFFSET项目不断适应未来需要。DARPA在OFFSET项目的参与者资质方面设置了极低的门槛,鼓励包括中小企业、学术机构和大型集团在内的团队提供多样化创新解决方案。

DARPA“拒止环境中协同作战”(CODE)项目进入第三阶段

来源:国防科技信息网

作者:中国船舶信息中心 孙明月 于宪钊

【据无人机愿景网站2018年1月10日报道】2018年1月,DARPA授予雷声公司“拒止环境中协同作战”(CODE)项目第三阶段合同,完成CODE项目软件研发和最终的飞行演示。2014年4月25日,DARPA公布CODE项目跨部门公告,旨在通过发展协同算法,提升无人机编队的自主协作能力,使单个操作人员即可控制无人机编队执行任务。项目重点发展4个关键技术:单架无人机级别的自主能力;无人机编队级别的自主能力;便于操作人员指挥管理无人机的人机接口;开放式架构。

项目第一阶段,验证了无人机自主协同的应用潜力,并起草了技术转化计划;已经选择了约20个可以提升无人机在拒止或对抗环境中有效作战的自主行为;人机接口和开放式架构正在基于“未来机载能力环境”(FACE)标准、“无人控制程序”(UCS)标准、“开放式任务系统”(OMS)标准、“通用任务指挥和控制”(CMCC)标准进行研发,并已取得一定进展。

项目第二阶段,洛马和雷声公司以RQ-23“虎鲨”(Tigershark)无人机为测试平台,加装相关硬件和软件,并开展了大量飞行试验,验证了开放式架构、自主协同等指标。

按照计划,项目第三阶段将引入更多无人机在更复杂的场景下开展自主协同飞行测试。

美国DARPA“小精灵”项目原型计划2019年首飞

来源:航空工业信息网,作者:理群

【据BritishForcesNews网站2018年1月3日报道】美国DAPRA 2015年启动的“小精灵”(Gremlins)无人机项目目前正处于项目的第二阶段,通用原子和Dynetics两家公司正在完善设计,并进行C-130运输机回收系统的空中风险减低测试。2018年,DARPA将在两家公司制造的原型中选择一个方案进行全尺寸测试开发,并计划2019年开始试飞。该项目的目标是对一种以健壮、响应和负担得起的方式运用ISR和其他模块化非动能载荷的概念原型进行飞行验证。该概念原型利用C-130运输机之类的大型飞行器在空中发射大量具有协同、分布能力的小型无人机,这些无人机将会寻找任务目标,执行任务后再后安全返回到发射母机,利用空中回收系统回收。这个概念常被媒体称为“飞行母舰”,DARPA认为该原型可以作为昂贵的远程一体化无人机平台的替代方案。“Gremlins”的预计使用寿命约20次,通过减少有效载荷和机身成本,与设计使用数十年的传统平台相比,任务成本和维护成本都要低得多,与可抛弃系统相比也有明显的成本优势。此外,该项目发展的无人分布式感知和瞄准系统技术也可用于当前的“捕食者”等无人机上,为其增加新的任务能力。

DARPA资助高校发明量子图像传感器

来源:大国重器

DARPA资助美国达特茅斯学院开发出称为量子图像传感器(QIS,Quanta Image Sensor)的新成像器件,能够以数千fps的速帧速和一百万像素分辨率捕获单个光子并进行计数。即使在光线不足的情况下,该技术也能实现高灵敏度、高质量、易于操作的数字成像、3D成像以及计算机视觉。

上图为以1040fps帧速工作的100万像素Quanta图像传感器成像效果,总功耗低至17mW。此为二元单光子图像:像素探测到单个或多个光子则为白色,反之则为黑色。最右边的图像显示了如何通过叠加8帧连续拍摄的二元图像来形成灰度图像。

QIS是可以与CMOS图像传感器(CIS)技术兼容的第三代固态图像传感器技术。在像素大小、空间分辨率、暗电流、量子效率、读出速度以及功耗等方面,QIS与CIS具有相同的性能优势。器件采用商用堆叠式(3D)CMOS图像传感器工艺制造。

QIS传感器还结合了由达特茅斯学院开发的称为jots的技术。Jots是一种非常小的映像点,有足够的灵敏度探测单光子。该团队开发了读取噪声极低的jot器件,无需雪崩增益就可实现室温条件下的光子计数。QIS对所有的jots执行超快速的扫描,实现从每个光子中获取数据。

测试表明,在室温和60℃下,QIS的暗电流都非常低。同时,研究人员还对高速单光子成像进行了测试,并展示了1M分辨率、1040 fps的读出速度。

QIS的发明人之一Eric R. Fossum教授表示,QIS使用价格低廉、可实现商用的工艺制造,可以获得更高的分辨率,并且与当今的CIS技术兼容。因此,该项技术更容易被工业界所采纳,并实现大规模生产。目前QIS的分辨率是一百万像素,团队的目标是使QIS能够以非常快的速度扫描数亿甚至数十亿个jots。

研究人员认为,这项技术能够实现高速、高分辨率、精确的光子计数成像,可以满足科研、空间、安全和弱光成像等一系列应用的需求。该团队已经成立了一家名为Gigajot Technology的创业公司,以进一步开发QIS技术并将其应用于众多极具前景的应用。

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