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(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)劃前進路線，讓自行車真正名副其實。

這個21 歲的小伙子叫稚暉君，2018 年畢業(yè)于電子科技大學，曾就職于OPPO 研究院AI 實驗室，是華為“天才少年計劃”里的AI 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(shù)字模擬自行車來重組車身結構。

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(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(shù)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(xiàn)智能化。搭載一整套傳感器組成的感知網(wǎng)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(guī)劃路線的AI 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(fā)的Ctrl二代驅動器，可以對電機實現(xiàn)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AI 調教。這輛自行車的控制代碼中，有50 多個重要參數(shù)，它們會互相合作，但也會互相干擾。只有調控到合理的數(shù)值范圍內，系統(tǒng)才會穩(wěn)定，實現(xiàn)自動駕駛。稚暉君設計了一套數(shù)學模型，再把參數(shù)和算法都輸入游戲引擎Unity 中進行仿真計算。經(jīng)過數(shù)據(jù)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(jīng)4 個月的設計、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Wi-Fi 傳輸?shù)街蓵熅碾娔X上，實現(xiàn)了自行車自己認路。再結合AI 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(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。“我想像他一樣，懷揣著冒險精神，設計制作一些東西，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。