类脑导航的机理、算法、实现与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28569

Abstract

Abstract:

The rapid development of brain and neuroscience in recent decades has initially revealed the neural mechanism of animal navigation. Drawing on the brain neural structures and information processing mechanisms， the study of brain-inspired intelligent navigation systems provides new inspiration for low-power， highly robust autonomous intelligent navigation in complex environments. Based on a detailed review of the neural mechanisms of animal spatial navigation， this paper then outlines and discusses current intelligent algorithms for robotic bionic brain-inspired navigation， which can be categorized into three types according to the three types of neural networks used to process navigation information for intelligent navigation： attractor neural networks， deep reinforcement learning， and spiking neural networks. Then， the ways for implementing brain-inspired navigation， including bionic intelligent sensors and neuromorphic processor platforms， are sorted out. Finally， the development trend of brain-inspired navigation is discussed， including further exploration of the brain neural mechanism of navigation in the biological world and its information processing process with low energy consumption and high robustness mechanism， subcategorization of the conceptual connotation of brain-inspired navigation， and the ways to improve the evaluation index and the unified implementation framework.

Key words: brain-inspired navigation, neural mechanism of navigation, navigation cells, continuous attractor network, deep reinforcement learning, spiking neural network, neuromorphic camera, brain-inspired chips

CLC Number:

V249.32

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Figures/Tables 28

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类别	拓扑	神经元	突触	面积/mm²	输出/SOPS	功耗/mW	能效GSOPS/W
Neurogrid^［198］	树形	64 k	256 k	149	N.A.	169	1.1
BrainScaleS^［199］	N.A.	512	112 k	49	N.A.	N.A.	10
SpiNNaker^［200］	六边形	18 k	18 M	88.4	64M	1 000	64
TrueNorth^［201］	2D-mesh	1 M	256 M	413	3G	65	46
Loihi^［202］	2D-mesh	128 k	128 M	60	N.A.	N.A.	<42.4
Tianjic^［78］	2D-mesh	39 k	9.75 M	14.44	608G	937	649

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Mechanisms, algorithms, implementation and perspectives of brain⁃inspired navigation

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