接口夹

生物传感器是脑控机器人和脑机接口领域的重要器件，通常贴在面部或头部皮肤上以检测源自大脑的电信号。近日，来自澳大利亚悉尼科技大学的科学家团队开发出一种新型碳基生物传感器，可能将推动脑控机器人和脑机接口技术的革新，相关内容以题为“Non-invasive on-skin sensors for brain machine interfaces with epitaxial graphene”发表在《Journal of Neural Engineering》杂志。　　该传感器由外延石墨烯制成，作为一种碳基材料，可以直接种植在硅基碳化物基板上。研究人员将石墨烯的优点（生物相容性和导电性）与硅技术的优点结合起来，这使得新开发的生物传感器具有很强的弹性和稳定性。与商用干电极相比，该传感器可以极大地减少皮肤接触电阻（即传感器和皮肤之间的电信号阻力），由此可以减少脑电信号在传导过程中的损耗。此外，该传感器优越的鲁棒性，可在高盐环境中长期重复使用。　　总之，这种可扩展性强的新型生物传感器传，克服了生物传感技术的三大挑战：耐腐蚀性、耐用性和皮肤接触电阻，使得它在脑控机器人和脑机接口领域的应用前景非常广阔。　　论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/ac4085　　注：此研究成果摘自《Journal of Neural Engineering》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家试图复制人脑无与伦比的计算能力，他们制造出了一种新的接口型忆阻设备。研究结果表明，该设备具有良好的可编程性和可靠性，可用作下一代神经形态计算的人造突触。相关论文发表于最新一期《先进智能系统》杂志。　　研究团队指出，与冯诺依曼架构的数字计算不同，受生物系统启发的神经形态计算能像大脑一样工作。人脑突触连接着1000亿个发送和接收化学信息的神经元，突触在同一位置存储和处理信息，这为人脑处理信息节省了时间和精力。而传统计算中，计算和存储是分开的。神经形态计算的优点包括低能耗、高并行性和出色的容错能力。毕竟，人脑的运行功率只有20瓦，但学习效率极高，这些优势使其非常适合学习、识别和决策等高级计算任务。　　现有神经形态计算依赖忆阻器等新兴设备。忆阻器与目前的电阻器不同，它旨在复制突触的结构和功能，同时具有编程和记忆能力。现有的忆阻器包括细丝系统，但这一系统容易过热，缺乏稳定性和可靠性。　　鉴于此，研究团队另辟蹊径，研究出了一种名为“接口型忆阻器”的新结构，这种新器件结构简单、可靠且性能极高。他们使用人工神经网络模拟来测试接口型忆阻器的计算性能，结果表明，该器件具有良好的一致性、可编程性和可靠性，识别准确率达到94.72%。　　此外，接口型忆阻器可以缩小到纳米尺寸，即使是目前的细丝忆阻器技术也无法实现这一点。尤其是与基于晶体管的神经形态芯片相比，新型接口型忆阻器所需的功率要少得多，而晶体管受摩尔定律限制，很难继续小型化。诸多优势使这些新型接口型忆阻设备可成为下一代神经形态计算的基本硬件。

机器视觉机器视觉是未来人工智能领域的核心技术。从工业视觉到计算机视觉，从人机交互到自动驾驶，从虚拟现实到物体自动识别，机器视觉都担当着重要角色。机器视觉在工业、农业、国防、军工、交通、医疗、金融甚至体育、娱乐等等行业都获得了广泛的应用，将对我们的生活、生产和工作带来改变。在机器视觉的应用过程中，选择正确的接口是您选择摄像头过程的一项重要因素。今天小菲就给大家讲讲机器视觉可用的不同电缆和连接器类型以及相关利弊。机器视觉接口的分类机器视觉接口一般有两种形式：专用型和消费型。专用型接口此类接口适用于需要极高速或超高分辨率应用；例如，用于检测纸质或塑料薄膜生产这类连续流水作业的行扫描摄像头，其工作频率一般处于kHz水平。然而这些接口明显更加昂贵，灵活性更低，而且会增加系统复杂性。此类应用通常使用CarmeraLink（支持MAX 6.8Gbit/s 数据传输）和CoaXPress（支持MAX 12Gbit/s 数据传输）这些专用型机器视觉接口。采用这些接口的系统除了需要摄像头外，还需要图像采集卡，它们是专门用于接收图像数据并组合成可用图像的适配卡。专用型机器视觉接口还要使用专用线缆，增加了与外围设备集成的难度。CoaXPress (CXP)CoaXpress接口发布于 2008 年，用于支持高速成像应用。CXP接口使用75ohm同轴电缆，每个通道的数据传输速度MAX可达6.25Gbit/s，同时能通过多个通道支持更快的数据传输速度。一条CXP电缆MAX能提供13W的功率，要求“设备”和“主机”同时支持GenICam摄像头编程接口。尽管单通道同轴电缆的价格实惠，但如果要设置多通道电缆总成和图像采集卡，成本将迅速增加。CameralinkCameraLink标准由国际自动成像协会（Automated Imaging Association，简称 AIA）在 2000年设立，历经不断更新，目的是支持更高的数据传输速度，其中一些版本需要两条传输电缆。三种可用的主要配置包括：基本 (2.04Gbit/s)、中档 (5.44Gbit/s) 和进阶/扩展 (6.8Gbit/s)。基本标准使用MDR("Mini D Ribbon")26针连接器，中档/完整配置使用两条电缆，能力翻倍。进阶/扩展版本超越CameraLink规定的极限，可以承载MAX6.8Gbit/s的数据传输。CameraLink和CXP接口同样都需要图像采集卡，而且还额外要求兼容于Camera Link供电模式（Power over Camera Link，简称 PoCL）标准以便供电。CameraLink缺少纠错或重发功能，需要进行昂贵且繁杂的电缆设置，以便提高信号完整性，力图避免图像丢失。消费型接口此类接口使机器视觉摄像头可以通过广泛可用的 USB和以太网标准连入主机系统。对多数机器视觉应用而言，USB 3.1Gen 1和千兆以太网消费型接口具备便捷、速度、简单和价格合理的组合优势。此外，消费型接口支持通过广泛可用的硬件和外围设备执行机器视觉功能。您可以从亚马逊 (Amazon) 或您当地电脑城或电子产品店购买USB和以太网集线器、交换机、电缆和接口卡，不同的价格都能满足您的需求。大多数 PC、笔记本和嵌入式系统均至少包含一个千兆以太网或USB 3.1 Gen 1端口。这些接口类别的区别之一是带宽。在既定分辨率条件下，更快的接口支持更高的帧率（图1）。更快的接口让您每秒捕捉更多图像或捕捉分辨率更高的图像，同时又不影响吞吐量。举例来说，半导体晶片检测系统的晶片如果从8” 升级到12”，需要分辨率更高的摄像头。这种情况下，系统设计人员需要在“保留现有接口”和“牺牲吞吐量换取更高分辨率”两者间作出选择，或者升级为更快接口来维持或提高吞吐量。您对分辨率、帧率、电缆长度和主机系统组态的要求均应纳入考量，方能确保获得所需性能，同时不需要花费超出需求的成本。FLIR 的机器视觉摄像头支持所有三种可信赖且广泛可用的接口。通用串行总线 (USB)USB随处可见。您可以看看四周有多少个USB设备和配件。您觉得这意味着什么？意味着大多数USB机器视觉摄像头使用的是USB 3.1 Gen 1接口。这种接口为摄像头和主机系统之间提供max 4Gibt/s的图像数据带宽。USB3视觉标准确定了一组常用的设备探测、图像传输和摄像头控制协议，有助于保障各种摄像头与软件的兼容性。USB支持直接内存存取(DMA)。有了DMA功能，图像数据就可以从USB直接传送到内存，然后供软件使用。DMA同时具备在几乎所有硬件平台上对USB的广泛支持性和USB控制器驱动程序的可用性，使USB非常适合用于嵌入式系统。USB3.1 Gen 1电缆最长 5m，因此嵌入式系统基本不会出现电缆长度的问题。USB 3.1 Gen 1可以为摄像头提供4.5W的功率，简化了系统设计。近期确立的USB供电技术规格允许一些主机为快速充电手机这类设备提供更多电力，此技术规格独立于USB 3.1 Gen 1基础标准，但机器视摄像头制造商尚未采用。高度灵活的USB电缆有助于提高系统内（摄像头在其中频繁移动）电缆的使用寿命。有源光缆 (AOC) 可用于大幅延长工作距离并获得电磁干扰 (EMI) 电阻。有源光缆的性能取决于吞吐量要求和主机系统组态。使用有源光缆时，即便是可以通过电缆供电的类型，FLIR也建议在外部通过GPIO为摄像头供电。此外，锁定USB电缆将为电缆、摄像头和主机系统提供安全连接。购买锁定电缆前，因为其选项多样，FLIR建议检查锁定螺钉位置和间隔兼容性。USB 3.1 Gen 1适用于FLIR BlackflyS - 盒装和板级版本和小型Firefly S。千兆以太网 (GigE)GigE 提供MAX1Gbit/s的图像数据带宽。它综合了简便性、速度、最长100m电缆以及通过单条电缆为摄像头供电的能力等特性，是一种深受欢迎的摄像头接口。以太网电缆提供坚固屏蔽层。因此非常适合因某些机器人和计量设备的强大电机而产生较大电磁干扰的环境。FLIR GigE摄像头同时还拥有数据包重发功能，进一步增强传输可靠性。与USB不同的是，GigE不支持DMA。包含图像数据的数据包传输到主机，并在其中重组为图像框架，之后再复制到软件可存取内存。这一过程对于现代PC而言是小菜一碟，但仍然会造成某些系统资源受限的低功率嵌入式系统的延迟。Gigabit以太网的广泛使用意味着存在各种从电缆到交换机的支持产品，随时满足各类项目需求。GigE 摄像头支持IEEE1588 PTP时间同步协议，使摄像头和其他支持以太网的设备，如执行机构和工业可编程逻辑控制器，可以在准确同步的共同时间基础上运行。以太网广泛应用于众多行业，促进许多专业电缆和连接器在各种用例中的可用性。例如，有的以太网电缆设计用于防范EMI（电磁干扰）、高温和化学制品，还有的可以满足高灵活性要求，等等。以太网电缆拥有因结构而异的类别编号。GigE 最为常用的是CAT5e，而CAT6A、CAT7和CAT8 具备更高的EMI抗性，但成本更高，电缆直径更大。一些工业设备使用X-Coded M12（图3，右）连接器提供强化屏蔽，但对大多数应用来说，常见的RJ-45连接器便足以使用，成分更低，但说服力更强。此外，螺钉锁定的RJ45连接器提高了RJ45 缆的安全性。GigE 适用于FLIR Blackfly S - 盒装和FLIR Blackfly S - 板级摄像头。万兆以太网 (10GigE)10GigE将带宽提高到10Gbit/s，基于GigE的优势获得提升。10GigE是高分辨率3D扫描、容积捕捉和精密计量的理想选择。GigE和10GigE组合方式多样。可以将多台GigE摄像头连入一台10GigE交换机，实现主机系统上单10GigE端口全速运行多台GigE摄像头。由于CAT5e电缆只能在30m距离内运行于10GigE摄像头，因此推荐使用CAT6A或更高等级的电缆。10Gbit/s的数据量很大！采用高速CPU、PCIe 3.0和双通道内存的现代PC系统足以处理这么大的数据量，而性能更强的系统则可以支持多台10GigE摄像头。系统资源减少的嵌入式系统一般无法达到跟进传入图像数据所需的内存带宽和处理器速度。10GgiE 适用于FLIR Oryx 摄像头。消费型和专用型接口均用于多种机器视觉应用。以上提及的利弊将最终决定具体用例中的适用性高低。但是，消费型接口综合了性能、易用性、广泛可用性和低成本的特点，对于大多数机器视觉应用来说是一种颇具吸引力的选择。