目前有一群研究人員接受了這個(gè)挑戰，這是歐洲一項簡(jiǎn)稱(chēng)INSPEX之“整合式智能空間探索系統(Integrated Smart Spatial Exploration System)”研發(fā)計劃的一部分；根據法國研究機構CEA Tech旗下的科技研究所Leti表示，研究團隊試圖開(kāi)發(fā)可攜、可穿戴的多傳感器低功耗空間探索暨障礙物偵測系統，目標是催生一枝嵌入INSPEX系統的導盲杖，配備能提供回饋障礙物位置的3D空間音頻回饋周邊裝置。
(圖片來(lái)源：Leti)
要實(shí)現目標，研究團隊必須開(kāi)發(fā)超越目前自動(dòng)駕駛車(chē)輛水平好幾步的技術(shù)；首先這個(gè)任務(wù)的需求包括設計能適應各種天氣與能見(jiàn)度的障礙物偵測系統，也就是能在煙霧、塵埃、霧霾、暴雨/雪以及黑暗中都能運作、對自動(dòng)駕駛車(chē)輛來(lái)說(shuō)并非易事的偵測技術(shù)。
第二，該團隊需要大幅降低該可攜式系統的重量與功耗；第三，或許也是最重要的，則是可靠度。Leti表示，INSPEX系統的潛在應用包括無(wú)人機與智能制造(組裝設備、保全設備)，以及導引視障者：“它會(huì )被使用于適合所有環(huán)境的實(shí)時(shí)性3D偵測，隊障礙物的位置發(fā)出警報──包括室內與室外所有未知的固定與移動(dòng)障礙物。”
INSPEX系統采用各種傳感器技術(shù)，包括光達(LiDAR)、超寬帶(UWB)雷達以及MEMS超音波；該計劃協(xié)調人、Leti研究總監Suzanne Lesecq對EE Times表示，該計劃是由Horizon 2020 (歐盟最大的研究與創(chuàng )新計劃)所贊助，在1月1日正式啟動(dòng)，期望能在36個(gè)月(2019年)能有圓滿(mǎn)結局。
Lesecq承諾，研究團隊將在2017年12月：“先有第一次的概念驗證...驗證我們的方案。”而預期中的要素是：“在低功耗微控制器上融合數種距離感測技術(shù)，建立使用者周遭環(huán)境的地圖。”她提及一種Leti開(kāi)發(fā)的“Σ融合(sigma fusion)”技術(shù)。
適合所有氣象條件
該偵測系統需要能適用所有氣象條件，Lesecq表示：“這確實(shí)是非常大的挑戰，這也是我們?yōu)槭裁创蛩悴捎枚鄻踊木嚯x感測技術(shù)，包括合作伙伴們提供的芯片上光達、MEMS超音波以及UWB射頻雷達。”
她指出：“我們的目標是讓INSPEX系統能在不同的氣象條件(包括雨、雪與沙塵暴)、寬廣的溫度范圍(通常是-20°C~40°C)、還有低能見(jiàn)度(夜間、霧霾等)下運作；環(huán)境感測模塊將有助于根據不同的環(huán)境狀態(tài)來(lái)重新配置系統。”
而考慮到INSPEX系統是需要安裝在導盲杖中，其目標功耗是？對此Lesecq表示：“我們將該行動(dòng)式偵測裝置的目標功耗訂在500mW；”她坦承這會(huì )是非常大的挑戰，因為計劃合作伙伴所提供的距離傳感器實(shí)際功耗：“問(wèn)題實(shí)際上也不真的在于功耗本身，而是電池的尺寸，我們會(huì )需要確保該系統能一整天順利運作不需要充電。”Lesecq并指出，要打造一款真正好用的行動(dòng)裝置，其重量比須要盡可能減輕，最好低于200公克(gram)。
預期將會(huì )進(jìn)駐INSPEX系統的各種距離感測技術(shù)中包括了UWB雷達，它與一般的雷達系統有什么不同？Lesecq解釋?zhuān)?ldquo;雷達技術(shù)是以所使用的載波訊號波形(carrier signal waveform)來(lái)定義，以及其訊號之頻譜占用。”
典型的調頻連續波(frequency modulated continuous wave，FMCW)雷達，波形是連續的調頻──即線(xiàn)性調頻(chirp)，UWB雷達的波形則是短脈沖，并因此會(huì )有占用較大頻譜：“UWB意味著(zhù)訊號是在3~10GHz頻段，訊號帶寬是脈沖載波頻率的至少20%。”
系統配置
Lesecq指出，該系統的第一個(gè)原型將會(huì )是為視障者量身打造，這種導盲杖預計能在2018年12月問(wèn)世：“配備整合于原型中的所有測距技術(shù)。”
除了導盲杖之外，要讓整個(gè)系統能為用戶(hù)順利運作，還需要其他哪些周邊裝置？更重要的是，其中會(huì )用到那些技術(shù)？Lesecq解釋?zhuān)系K物的位置會(huì )是透過(guò)一種配備擴增實(shí)境3D音頻接口的外掛式耳機來(lái)提供：“這種耳機將與智能型手機連結，而手機則是透過(guò)藍牙低功耗技術(shù)與行動(dòng)式偵測裝置通訊；”如下圖所顯示分成三種裝置的整體解決方案。
(圖片來(lái)源：Leti)
第一，行動(dòng)偵測裝置會(huì )整合研發(fā)計劃伙伴提供的數種距離感測技術(shù)(如前面提到的芯片上光達、MEMS超音波以及UWB雷達)，這需要在計劃期間進(jìn)行優(yōu)化，以符合功耗預算；這些距離感測技術(shù)的選擇，取決于該行動(dòng)式偵測裝置在不同環(huán)境(溫濕度、亮度與能見(jiàn)度)與特殊情況(路面坑洞、階梯)下偵測眾多不同障礙物之性能。
其他兩種裝置則包括智能型手機以及耳機；具體來(lái)說(shuō)，針對這種應用，將以耳外式耳機整合擴增實(shí)境音頻接口(Augmented Reality Audio Interface)以提供空間3D聲音回饋；這種回饋會(huì )把由耳機中內建的姿勢與航向參考系統(AHRS)追蹤的頭部姿勢納入考慮。
情境感知(Context-aware)通訊則將把用戶(hù)與智能環(huán)境整合，例如智能交通號志、導航信標以及與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)裝置相關(guān)聯(lián)的ID卷標；Lesecq還指出，用戶(hù)的行動(dòng)偵測裝置也能整合地圖繪制(mapping)應用程序。
參與INSPEX系統研發(fā)項目成員除了Leti還包括歐洲的多所大學(xué)與研究機構；Lesecq表示最終原型將在2019年9月完成，提供給視障者在實(shí)際生活情況中進(jìn)行評估。
