فلایت کنترلر USX51: وقتی Pixhawk 6X با یک کامپیوتر هوش مصنوعی ترکیب می‌شود

بازار پهپادهای صنعتی و رباتیک هوشمند سال‌هاست با یک محدودیت جدی دست‌وپنجه نرم می‌کند: فلایت کنترلرهای کلاسیک (مثل خانواده‌ی Pixhawk) در کنترل پرواز و پایداری عالی عمل می‌کنند، اما توان پردازشی کافی برای اجرای الگوریتم‌های بینایی ماشین، تشخیص اشیا یا مدل‌های یادگیری عمیق را ندارند. راه‌حل رایج، اضافه‌کردن یک کامپیوتر همراه (Companion Computer) جداگانه مثل Jetson یا Raspberry Pi در کنار فلایت کنترلر بوده که خودش پیچیدگی سیم‌کشی، توان مصرفی و هماهنگ‌سازی نرم‌افزاری ایجاد می‌کند.

محصول USX51 از برند UTMSYS (عرضه‌شده توسط Makerfire) دقیقاً همین شکاف را هدف گرفته: ترکیب یک واحد کنترل پرواز مبتنی بر معماری Pixhawk 6X با یک تراشه‌ی هوش مصنوعی قدرتمند، در یک برد واحد.

معماری سخت‌افزاری

نکته‌ی جالب USX51 این است که به‌جای یک پردازنده‌ی واحد، از سه واحد پردازشی مستقل استفاده می‌کند که هرکدام وظیفه‌ی مشخصی دارند:

• پردازنده‌ی FMU (کنترل پرواز): یک STM32H753 با هسته‌ی Arm C1ortex-M7 در فرکانس ۴۸۰ مگاهرتز، همراه با ۲ مگابایت حافظه‌ی برنامه و ۱ مگابایت SRAM. این همان بخشی است که حلقه‌های کنترلی (attitude/rate control) را با نرخ بالا و بدون تأخیر اجرا می‌کند.
• پردازنده‌ی IO: یک STM32F103 با هسته‌ی Cortex-M3 در ۷۲ مگاهرتز که مدیریت PWM خروجی و ورودی‌های RC را به‌صورت مجزا از FMU انجام می‌دهد؛ همان معماری امنیتی که در Pixhawk 6X هم دیده می‌شود.
• کامپیوتر روی برد: هسته‌ی اصلی هوش مصنوعی، مبتنی بر تراشه‌ی D-Robotics RDK X5 با ۸ هسته‌ی Cortex-A55 در فرکانس ۱.۵ گیگاهرتز، یک GPU با توان ۳۲ گیگافلاپس، و یک واحد پردازش شبکه‌ی عصبی (BPU) با توان محاسباتی ۱۰ تراعملیات بر ثانیه (۱۰ TOPS) که از معماری Transformer نیز پشتیبانی می‌کند. حافظه‌ی این بخش از نوع LPDDR4 است.

این جداسازی فیزیکی بین «مغز پروازی» و «مغز هوش مصنوعی» یک مزیت مهندسی مهم دارد: حتی اگر بار پردازشی سنگین روی مدل‌های تشخیص تصویر باعث کندی یا خطا در لایه‌ی نرم‌افزاری AI شود، حلقه‌ی کنترل پرواز که روی STM32H753 اجرا می‌شود دست‌نخورده و ایمن باقی می‌ماند.

سنسور ها و مشخصات سخت افزاری :

نرم‌افزار :

از نظر نرم‌افزاری، USX51 عملاً دو سیستم‌عامل جدا روی خودش اجرا می‌کند:

• روی هسته‌ی کنترل پرواز، فریمورهای استاندارد و شناخته‌شده‌ی صنعت مثل PX4 یا ArduPilot قابل اجراست؛ یعنی هرکسی که با اکوسیستم Pixhawk کار کرده، بدون یادگیری مجدد می‌تواند با این بخش کار کند.
• روی کامپیوتر روی‌برد، یک Ubuntu مستقل اجرا می‌شود که ROS2 روی آن قابل نصب و اجراست؛ یعنی کل زنجیره‌ی ابزارهای رباتیک متن‌باز (پردازش تصویر، SLAM، برنامه‌ریزی مسیر و…) بدون نیاز به سخت‌افزار جانبی در دسترس است.

سازنده روی این نکته تأکید دارد که یک SDK کامل و باز برای توسعه‌ی ثانویه (secondary development) روی این محصول ارائه می‌شود، که برای تیم‌های تحقیقاتی و استارتاپ‌های رباتیک اهمیت زیادی دارد.