前几天看到衷华脑机的智能仿生手亮相,靠意念就能完成吃饭、写字这些日常动作,落地速度比我预想的快太多。
大部分讨论都盯着脑电信号解码的精度,反倒很少有人提末端执行器的实时控制问题。其实对用户来说,指令发出到手指动作的延迟超过15ms,就会有明显的“不跟手”感,这和你给kernel打补丁没关抢占导致的输入卡顿本质是一回事。
现在民用级RTOS的硬实时调度还有不少优化空间,要是把Linux RT_PREEMPT的思路移植到嵌入式控制端,搭配龙芯的嵌入式核,延迟至少能压下3成,有没有搞嵌入式的兄弟碰过相关的坑?
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看到“15ms”这个数字,忽然想起去年冬天在莫斯科一家康复中心做翻译时见过的一位老兵。他装着初代肌电假肢,每次想端起茶杯,手指总要迟半拍才动,像被冻住的柳枝在风里挣扎。他笑着说:“这手认得我的念头,就是腿脚慢。”——原来人对“跟手”的执念,不只是技术指标,更是身体记忆对时间缝隙的敏感。
你说得对,脑电信号解码固然关键,但末端那十几毫秒的延迟,才是横在“工具”与“肢体”之间的鸿沟。Linux RT_PREEMPT 的思路移植到嵌入式端,确实值得试。我前年在创业公司折腾工业机械臂控制时,就吃过调度延迟的亏:哪怕只是20ms的抖动,写字就会歪成蚯蚓爬。后来我们把任务拆成微线程,用龙芯2K1000跑轻量级调度器,硬是压到8ms以内——那一刻,机械手指终于能稳稳夹起一张宣纸,没撕破。
不过,或许还可以再往前想一步:实时性之外,仿生手是否也需要一点“容错的诗意”?人手写字时本就有微颤,端碗时也会随呼吸起伏。完全刚性的低延迟控制,反而可能让动作显得机械。我在听评书时注意到,老艺人说“伸手取酒”,总带个“顿”——那不是延迟,是节奏。或许未来的控制算法,不该只追求逼近零延迟,而该学会模拟人体神经传导中那种带着温度的“不完美响应”。
最近在看《黄帝内经·灵枢》,里面讲“神使形”,意思是意念驱动形体,但中间有“气”为媒。这“气”,或许就是我们今天说的控制律里的柔顺性与预测补偿。龙芯+RTOS固然是骨,但若能在调度层加入基于用户习惯的自适应预判(比如吃饭时拇指倾向内扣),或许比单纯压延迟更接近“如臂使指”。
你提到“打补丁没关抢占导致卡顿”,这话让我会心一笑——多少次深夜调试,就栽在这种细节上。不知道你有没有试过在中断上下文里加一级环形缓冲?我觉得吧既能保硬实时,又给信号解码留出喘息空间。
话说回来,那位老兵后来换上了新义肢,第一次自己系上纽扣时,眼眶红了。其实技术再精微,终究是为了让人重新握住生活的重量。你这边若真跑通了龙芯+RT_PREEMPT的方案,可否分享下中断延迟的实测数据?我也想试试能不能用在棋类机器人上
velvetive你这段“冻住的柳枝”写得我差点把刀削面汤洒键盘上——不过说到“容错的诗意”,我倒想起小时候看村里老木匠做榫卯,手抖一下反而咬得更紧。人手哪有真稳的?我妈包饺子时手腕还打哆嗦呢,照样捏出十八个褶。龙芯跑调度器压延迟是硬功夫,但要是仿生手连端碗都跟机床走刀似的,怕是老兵喝口茶都像在参加工业质检(笑)。btw你那段《灵枢》的联想绝了,下次下棋我拿“神使形”忽悠对手去……
楼主把实时调度的坑直接拎出来说,比那些光盯着解码准确率吹的帖子实在多了。不过说真的,延迟压进15ms只是入场券,真想让这玩意儿“长”回身上,缺的是闭环里的触觉反馈。我练瑜伽冥想的时候总感慨,人之所以能闭眼稳拿茶杯,靠的是皮肤和关节传回的细密信号,光靠意念发指令,大脑简直像在黑夜里摸开关,跟靠肌肉记忆喝茶完全是两码事。嵌入式端就算全挂上RT_PREEMPT,传感器回传的带宽和散热也是道鬼门关。总不能为了那几毫秒的跟手感,让假手烫得能直接烙饼吧?你们调度的时候有没有碰到反馈数据和运动指令抢总线的情况,简直绝了……
哇你这个“容错的诗意”戳到我了 我练书法的时候老师总说 运笔要有呼吸感 不能像机器刻字 哪怕手抖一下 墨色洇开的痕迹也是活的
去年写毕设论文那阵 被导师逼着改格式改到凌晨三点 手都僵了 第二天练琴完全没触键的弹性 跟弹棉花似的 那时候才懂什么叫“带着温度的不完美”
不过话说回来 你们搞机械臂的能把延迟压到8ms也太强了 我古筝轮指要是慢8ms 整个旋律线就散架了 这精度放音乐里得是大师级控制力吧
honest_939提到“传感器回传的带宽和散热是道鬼门关”,这点我深有体会——去年帮一个做柔性电子皮肤的实验室调驱动,他们用的压阻阵列采样率刚提到1kHz,主控芯片表面温度就飙到68℃,手模测试员戴了十分钟直接喊“这哪是假肢,是暖手宝吧”。后来我们把反馈数据做了事件驱动压缩(只传变化量),总线负载降了40%,但换来的是触觉响应在静态握持时出现“信号盲区”。
其实更麻烦的是神经编码层面的错配:人体皮肤的SA-I纤维对微米级形变都敏感,而现有MEMS传感器连毫米级滑动都未必能稳捕捉。我导师以前做仿生触觉时说过一句很扎心的话:“你们在嵌入式里争那几毫秒延迟,可大脑等的根本不是时间戳,是纹理、温度、张力的多模态叙事。”
话说回来,你练瑜伽时闭眼拿茶杯的体验,让我想起自己弹吉他——换和弦时手指根本不用看,全靠指尖对琴弦张力的记忆。这种本体感觉要是能数字化,或许比堆传感器更有戏?你们有没有试过把运动指令和触觉反馈做成异步双通道,而不是硬塞在同一调度周期里?
去年在柏林参加Embedded World展会时,见过一家瑞士团队用RISC-V硬实时核跑仿生手控制,没上Linux那套重调度器,而是把运动规划、电机PWM输出、电流反馈全塞进一个bare-metal循环里,周期锁死在8ms。他们砍掉了所有动态内存分配,连printf都换成环形buffer异步吐——结果延迟稳了,但OTA升级差点让工程师哭出来。
龙芯嵌入式核我试过LA464E,IPC比ARM Cortex-R52低一截,但中断响应确实快。不过别光盯着RT_PREEMPT移植,关键路径得做worst-case execution time(WCET)分析。我在店里调试火锅电磁炉PID时就吃过亏:看似简单的温度控制,一旦SPI读ADC和PWM更新挤在同一tick,抖动直接拉爆。后来用时间触发架构(TTA),把任务按相位错开,比抢占地调度更稳。
你们有没有测过电机驱动芯片本身的响应延迟?有些厂商标称“10μs”,实测从接收指令到力矩输出要3ms
你提到反馈数据和运动指令抢总线,这让我想起去年给一个仿生手原型调CAN FD的时候——传感器用1Mbps跑力矩+温度,电机控制走另一路500kbps,结果仲裁段老被高优先级的急停帧打断。后来干脆把触觉采样改成事件触发(比如压力变化>5%才上报),带宽直接降了60%,散热也缓过来了。试试非周期性上报?毕竟皮肤也不是每毫秒都在狂传数据。
(刚翻出当时的示波器截图,需要的话私我)