讓自行車“自行”起來(lái)

施崇偉

夏日天氣，說(shuō)變就變。忽然一場(chǎng)暴雨襲來(lái)，驅(qū)趕著馬路上的行人、車輛四處逃散。由于雨濕路滑，一個(gè)騎自行車的翩翩少年，連人帶車重重地摔倒在路上。少年從地上爬起，重重地嘆了一口氣：“自行車為什么不能自己駕駛呢？”

眾所周知，自行車自身不帶有動(dòng)力。如果沒有人維持平衡，立都立不住。兩個(gè)輪子的自行車，無(wú)人駕馭，豈能獨(dú)立行駛？

那個(gè)騎自行車摔倒的少年竟異想天開：一輛車既然不能自己跑，憑什么叫“自行”車？這一摔，摔出了他的奇思妙想：研發(fā)一輛完全脫離人力的自行車，讓它無(wú)須人扶便可以站立，還能跑起來(lái)，并規(guī)劃前進(jìn)路線，讓自行車真正名副其實(shí)。

這個(gè)21 歲的小伙子叫稚暉君，2018 年畢業(yè)于電子科技大學(xué)，曾就職于OPPO 研究院AI 實(shí)驗(yàn)室，是華為“天才少年計(jì)劃”里的AI 算法工程師，目前正致力于自研深度學(xué)習(xí)推理框架與移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的異構(gòu)加速相關(guān)技術(shù)。

說(shuō)干就干！稚暉君選擇漂移玩家最愛的“死飛”自行車進(jìn)行改造。這種自行車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有剎車，減速全靠反向蹬車，適合改造。他在設(shè)計(jì)軟件CAD 中建模，制作出一輛數(shù)字模擬自行車來(lái)重組車身結(jié)構(gòu)。

要能“行”，首先得能“立”。衛(wèi)星能在沒有摩擦力的太空完成姿態(tài)調(diào)整，依靠的是角動(dòng)量守恒定律。稚暉君從這個(gè)原理得到啟示：在車架上安裝無(wú)刷電機(jī)和金屬動(dòng)量輪。動(dòng)量輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生角動(dòng)量，抵消車輛左右傾倒的力，讓自行車維持屹立不倒。這個(gè)看似奇怪的設(shè)備，解決了無(wú)人自行車保持左右平衡的問題。

然后，用3D 塑料打印技術(shù)制作出精巧的零部件。強(qiáng)度要求更高的核心結(jié)構(gòu)件，稚暉君拜托朋友用數(shù)控機(jī)床制作。硬件改造，零件組裝，這只是開始，自動(dòng)駕駛必須實(shí)現(xiàn)智能化。搭載一整套傳感器組成的感知網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)算力足夠強(qiáng)大的計(jì)算芯片作大腦，才是讓車“自行”的關(guān)鍵。它的“電子大腦”，由控制車體的主控模塊和負(fù)責(zé)勘探路況、規(guī)劃路線的AI 計(jì)算單元兩種芯片構(gòu)成。難度最大的，是將兩塊芯片整合到一塊電路板上。但這沒有難倒稚暉君，他設(shè)計(jì)出一塊4 層結(jié)構(gòu)的電路板，再設(shè)計(jì)出軟件框架，用于芯片間的通信。

和人一樣，自動(dòng)自行車還得有控制動(dòng)力的“心臟”。稚暉君自行研發(fā)的Ctrl二代驅(qū)動(dòng)器，可以對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)像素級(jí)控制，被用于控制車上的4 個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

就這樣，部件全部安裝完畢，自行車改裝完成。但此時(shí)的自行車還只是個(gè)沒有“靈魂”的空殼，給它注入“靈魂”的過(guò)程涉及AI 調(diào)教。這輛自行車的控制代碼中，有50 多個(gè)重要參數(shù)，它們會(huì)互相合作，但也會(huì)互相干擾。只有調(diào)控到合理的數(shù)值范圍內(nèi)，系統(tǒng)才會(huì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。稚暉君設(shè)計(jì)了一套數(shù)學(xué)模型，再把參數(shù)和算法都輸入游戲引擎Unity 中進(jìn)行仿真計(jì)算。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)測(cè)后，一輛具有人工智能的自動(dòng)行駛自行車橫空出世。

歷經(jīng)4 個(gè)月的設(shè)計(jì)、安裝、試驗(yàn)，奇跡發(fā)生了。只見稚暉君輕輕用腳收起腳架，自行車猶如金雞獨(dú)立，穩(wěn)如泰山，仿佛旁邊有只看不見的手扶著，這得益于算法的精準(zhǔn)控制。它可以在車頭搭載重物，卻絲毫不影響平衡，甚至立在欄桿上，它也能紋絲不動(dòng)，實(shí)力賽過(guò)特技車手。車身上安裝的深度相機(jī)收集到信息后，會(huì)通過(guò)Wi-Fi 傳輸?shù)街蓵熅碾娔X上，實(shí)現(xiàn)了自行車自己認(rèn)路。再結(jié)合AI 算法，自行車可以識(shí)別物體，自動(dòng)避障。配合上測(cè)距用的激光雷達(dá)，自行車還能夠自主探索陌生環(huán)境，規(guī)劃行駛路徑。這意味著，即使沒有人騎，它也能自己遛自己。

稚暉君稱自己為“野生鋼鐵俠”。他喜歡電影里的鋼鐵俠，更崇拜現(xiàn)實(shí)中的硅谷鋼鐵俠埃隆? 馬斯克。“我想像他一樣，懷揣著冒險(xiǎn)精神，設(shè)計(jì)制作一些東西，用科技改變未來(lái)。”稚暉君讓自行車名副其實(shí)，似乎離這個(gè)夢(mèng)想，又近了一步。