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(qū)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(dú)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(fā)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(guī)劃前進(jìn)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(yè)于電子科技大學(xué)，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(xué)習(xí)推理框架與移動計算平臺的異構(gòu)加速相關(guān)技術(shù)。

說干就干！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)簡單，沒有剎車，減速全靠反向蹬車，適合改造。他在設(shè)計軟件CAD中建模，制作出一輛數(shù)字模擬自行車來重組車身結(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(jī)和金屬動量輪。動量輪轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)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(shè)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(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，自動駕駛必須實現(xiàn)智能化。搭載一整套傳感器組成的感知網(wǎng)絡(luò)和一個算力足夠強(qiáng)大的計算芯片作大腦，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A I計算單元兩種芯片構(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)計出一塊4層結(jié)構(gòu)的電路板，再設(shè)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(fā)的Ctrl二代驅(qū)動器，可以對電機(jī)實現(xiàn)像素級控制，被用于控制車上的4個電機(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(diào)教。這輛自行車的控制代碼中，有5 0多個重要參數(shù)，它們會互相合作，但也會互相干擾。只有調(diào)控到合理的數(shù)值范圍內(nèi)，系統(tǒng)才會穩(wěn)定，實現(xiàn)自動駕駛。稚暉君設(shè)計了一套數(shù)學(xué)模型，再把參數(shù)和算法都輸入游戲引擎Unity中進(jìn)行仿真計算。經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)測后，一輛具有人工智能的自動行駛自行車橫空出世。

歷經(jīng)4個月的設(shè)計、安裝、試驗，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，實力賽過特技車手。車身上安裝的深度相機(jī)收集到信息后，會通過W i - F i傳輸?shù)街蓵熅碾娔X上，實現(xiàn)了自行車自己認(rèn)路。再結(jié)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(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)實中的硅谷鋼鐵俠埃隆？馬斯克?！拔蚁胂袼粯?，懷揣著冒險精神，設(shè)計制作一些東西，用科技改變未來。”稚暉君讓自行車名副其實，似乎離這個夢想，又近了一步。

（摘自《知識窗》2 0 2 1年第8期，稍有改動）