讓自行車“自行”起來

施崇偉

夏日天氣，說變就變。忽然一場暴雨襲來，驅趕著馬路上的行人、車輛四處逃散。由于雨濕路滑，一個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力。如果沒有人維持平衡，立都立不住。兩個輪子的自行車，無人駕馭，豈能獨立行駛？

那個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：研發一輛完全脫離人力的自行車，讓它無須人扶便可以站立，還能跑起來，并規劃前進路線，讓自行車真正名副其實。

這個2 1歲的小伙子叫稚暉君，2 0 1 8年畢業于電子科技大學，曾就職于O P P O研究院A I實驗室，是華為“天才少年計劃”里的A I算法工程師，目前正致力于自研深度學習推理框架與移動計算平臺的異構加速相關技術。

說干就干！稚暉君選擇漂移玩家最愛的“死飛”自行車進行改造。這種自行車結構簡單，沒有剎車，減速全靠反向蹬車，適合改造。他在設計軟件CAD中建模，制作出一輛數字模擬自行車來重組車身結構。

要能“行”，首先得能“立”。衛星能在沒有摩擦力的太空完成姿態調整，依靠的是角動量守恒定律。稚暉君從這個原理得到啟示：在車架上安裝無刷電機和金屬動量輪。動量輪轉動時，會產生角動量，抵消車輛左右傾倒的力，讓自行車維持屹立不倒。這個看似奇怪的設備，解決了無人自行車保持左右平衡的問題。

然后，用3D塑料打印技術制作出精巧的零部件。強度要求更高的核心結構件，稚暉君拜托朋友用數控機床制作。硬件改造，零件組裝，這只是開始，自動駕駛必須實現智能化。搭載一整套傳感器組成的感知網絡和一個算力足夠強大的計算芯片作大腦，才是讓車“自行”的關鍵。它的“電子大腦”，由控制車體的主控模塊和負責勘探路況、規劃路線的A I計算單元兩種芯片構成。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，他設計出一塊4層結構的電路板，再設計出軟件框架，用于芯片間的通信。

和人一樣，自動自行車還得有控制動力的“心臟”。稚暉君自行研發的Ctrl二代驅動器，可以對電機實現像素級控制，被用于控制車上的4個電機運轉。

就這樣，部件全部安裝完畢，自行車改裝完成。但此時的自行車還只是個沒有“靈魂”的空殼，給它注入“靈魂”的過程涉及A I調教。這輛自行車的控制代碼中，有5 0多個重要參數，它們會互相合作，但也會互相干擾。只有調控到合理的數值范圍內，系統才會穩定，實現自動駕駛。稚暉君設計了一套數學模型，再把參數和算法都輸入游戲引擎Unity中進行仿真計算。經過數據調測后，一輛具有人工智能的自動行駛自行車橫空出世。

歷經4個月的設計、安裝、試驗，奇跡發生了。只見稚暉君輕輕用腳收起腳架，自行車猶如金雞獨立，穩如泰山，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，實力賽過特技車手。車身上安裝的深度相機收集到信息后，會通過W i - F i傳輸到稚暉君的電腦上，實現了自行車自己認路。再結合A I算法，自行車可以識別物體，自動避障。配合上測距用的激光雷達，自行車還能夠自主探索陌生環境，規劃行駛路徑。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，更崇拜現實中的硅谷鋼鐵俠埃?。狂R斯克?！拔蚁胂袼粯樱瑧汛е半U精神，設計制作一些東西，用科技改變未來?！敝蓵熅屪孕熊嚸逼鋵崳坪蹼x這個夢想，又近了一步。

（摘自《知識窗》2 0 2 1年第8期，稍有改動）