2021-06-11 15:52:26| 人氣22| 回應0 | 上一篇 | 下一篇
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天才少年,為何能一個人做出了谷歌沒完成的發明?

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(文/光錐智能,作者:羅寧)

「一個人造車」的實現,不僅是因為天才少年資質超群,更是受惠於這個時代。

前幾天,AI工程師稚暉君又又又一次登上了B站熱搜,在一片「膜拜大神」的彈幕中,這位天才少年向所有人展示了自己的最新發明,就連B站董事長陳睿也在下面留言:「太強了!UP主重新定義『自行車』。」

是的,稚暉君發明了一輛名叫「軒」的自行車,你可能會疑惑,自行車不是幾百年前就發明出來了嗎?但在這位少年手中,自行車被重新定義,因為它真正做到了自動駕駛。




聽起來是不是很誇張?但這輛耗時四個月打造的自行車不但具備自適應平衡能力,還可以感知識別周圍環境與障礙物,自主規劃路徑並且自動駕駛,真正做到了「自己行駛」。

更難的是這輛自行車是稚暉君用自己四個月的周末時間,一個人鑽研發明出來的,而這樣的成果,曾是四年前谷歌提出的愚人節彩蛋。

我剛實現了自行車「換色自由」,別人家的孩子卻重新定義了自行車……


做一輛「自行」車需要幾步

我們都知道,自行車和汽車不同,如果沒有人控制,想讓它站穩都不太可能,所以稚暉君一共要做三件最重要的事:

第一,設計一套自動控制系統,讓自行車站起來。

第二,設計一套擁有AI芯片的感知網絡,讓自行車感知周圍環境。

第三,設計一套控制算法,讓自行車能夠正確處理遇到的各種情況。


稚暉君要改造的是一輛「死飛」——沒有剎車且結構簡單的公路自行車,通過在CAD上進行建模就能開啟改造之路,他給這輛車裝上了兩個巨大的無刷電機、一個控制龍頭的舵機、一個RGBD深度相機傳感器、一個加速度計、一個陀螺儀、一個激光雷達、一個6S航模動力鋰電池、一個主控計算模塊。




為了讓自行車在前進時保持左右平衡,稚暉君在車子中間部分設計了一個金屬動量輪,利用角動量守恆可以讓自行車能自行調整平衡姿態,而後面的無刷電機則能通過摩擦力驅動後輪讓車子實現前後運動。做好這些,稚暉君通過3D打印和加工中心把設計的零件一個個加工出來再組裝起來。


第二步是給自行車設計出機器大腦,和人的腦結構有些類似,要給自行車配備「小腦」和「大腦」。小腦計算處理能力低,但反應快。大腦擁有高算力但也有高延時。

稚暉君使用了HoloCubic里用到的MCU ESP32作為小腦,大腦部分則是華為昇騰 310 AI處理器,這是華為昇騰目前最強的邊緣計算芯片,最高能提供22TOPS的AI算力,已經和市面上一些自動駕駛汽車的算力相當了。




大腦確定,稚暉君還設計了電路板,將兩個計算單元整合在了一起,並在軟件上實現了一套RPC框架,讓大腦小腦可以方便地進行通信。小腦的框架基於FreeRTOS,主要實現傳感器的數據處理以及電機的控制算法。大腦的軟件框架則複雜很多,稚暉君使用了ROS這一機器人框架實現消息分發、業務串流、SLAM等。另外,稚暉君還設計了一個「心臟」來驅動整個無刷電機和舵機。


到這裡,自行車的大腦和心臟就都有了,它已經不再是一輛自行車,更算得上是一個機器人了。稚暉君需要對這個機器人進行運動學和動力學分析,並對各種控制參數進行調整,不但要把自行車模型在Unity遊戲引擎中進行仿真,還要在現實狀況下進行測試,經過測試之後,他的自行車終於要上路了。




在實際路測中,稚暉君這輛車無論是穩定性還是方向控制上表現都很穩定,甚至還能在有外力干擾時也能平衡穩定,在行使中,經過激光雷達和深度相機傳感器感知環境,這輛自行車也能實現路徑規劃,完美避障。至此,一輛沒有人類駕駛的自行車真正上路了。

至此,稚暉君通過一步一步的規劃完成了一輛自行車的改裝,讓它徹頭徹尾變成了一個擁有自動駕駛功能的「機器人」,也難怪會在B站刷屏上熱搜。不過,說起自動駕駛自行車這件事,其實早在四年前就已經讓人驚訝過一次了。


讓谷歌彩蛋變成現實

讓自行車學會「自動駕駛」這種事,早在四年前就有一家公司提出想法。當時,這家公司想要研發一輛自行車,在不需要人的時候也能自己過紅綠燈,自己禮讓行人,甚至自己帶小孩拿快遞,這聽起來簡直不可思議。




沒錯,這是一個谷歌愚人節彩蛋,但在視頻中,谷歌用一本正經的口吻介紹了自行車涉及的相關技術。

其中包括計算機視覺、自適應平衡、自動駕駛等,這些技術在當時都不算稀奇,但全都用在自行車上卻很難,所以這個愚人節彩蛋到今天也沒有被谷歌實現,當時有人評論說「真可惜是四月一號看到這個視頻」,「真希望自己有這樣一輛自行車。」


讓大家沒想到的是,兩年後的2019年,清華大學開發出全球首款異構融合類腦計算芯片——「天機芯」就讓這一愚人節彩蛋夢想成真,還登上了《自然》雜誌。

這輛自行車不但實現了谷歌想要實現的自平衡、動態感知、目標探測和跟蹤、自動避障等功能,還加入了語音理解能力,通過語音控制就能實現轉向、加速功能。




清華大學在2012年開始天機芯項目,為此耗費了7年時間,如果說七年時間會帶來哪些改變,那就是計算機算力的提升,以及科學家對於通用人工智能的理解加深。

讓自行車能自動駕駛只是天機芯能夠實現的眾多功能之一,這個Demo也是為了驗證在不同場景下該芯片的能力到底如何,而天機芯的出現也對融合計算機科學和神經科學的跨範式計算平台起到了推動作用。


又是兩年時間過去,如今稚暉君用自己的努力再次把自行車改裝成自動駕駛小車時,我們看到了自動駕駛相關技術的快速進步,以及人工智能算法的升級迭代。要知道在四年前,激光雷達的成本還要上萬美元,而如今,裝在自行車上的激光雷達成本甚至不到一千美元。


科技進步的紅利

Scale Partners 勢乘資本發布的《2021自動駕駛行業報告》就提到,2017年激光雷達單價還要5000美金,但預計2022年,單價1500美金的激光雷達就能夠普及。其實2021年以來,包括蔚來、小鵬、北汽等眾多車企紛紛推出搭載激光雷達的汽車新品,而根據激光雷達廠商Livox的預測,隨着L2/L3級別自動駕駛技術的進一步推廣,最終激光雷達成本會降低到100美元以下。




另外,稚暉君使用的22TOPS的華為昇騰310芯片帶來的算力提升也功不可沒。很難想象,如今的自行車竟然能用上算力達到22TOPS的芯片,和英偉達發布的Jetson Xavier NX(算力為21TOPS)相比,華為實現了算力相近但更低的功耗,也能看出華為AI芯片領域的實力。


如今,國內科技公司對於激光雷達、 AI芯片的投入持續增加。前不久,包括小米、百度和美團在內的公司還共同投資了上海激光雷達公司禾賽,目標自然是押注自動駕駛賽道,投資機構預測數據稱,到2025年,全球激光雷達市場規模將達126億美元,中國激光雷達市場將達43.1億美元。到2025年,中國每100輛私人汽車中,就有3輛搭載激光雷達。


而隨着自動駕駛技術的不斷升級,汽車廠商對芯片算力的要求也越來越高,華為、百度、寒武紀等紛紛推出自己的AI芯片,這些國內廠商的技術追趕越來越迅速,今年上半年,我們能看到華為已經把自動駕駛技術能力提供給了北汽的產品中,而隨着集度(百度與吉利合資品牌)、小米、大疆等越來越多科技公司加入,高算力AI芯片的價格將會進一步降低。




其實,正是因為AI芯片,激光雷達、算法等領域的快速成熟和進步,研究者才有機會將過去的願望變成現實。也許現在這輛自行車還不能載人,但相關技術運用到諸如電動車、摩托車產品上,很可能會成為新產品而改變我們的生活。

比如,寶馬曾在「BMW Motorrad VISION NEXT 100」發布會上帶來過一款概念摩托車產品,就能實現自動平衡功能,而國內的九號電動車也曾帶來過一款具備自動駕駛能力的電動摩托,這些產品在實驗室中也許已經準備就緒,只等成本降低到消費者能夠接受的程度。




「一個人造車」的實現,不僅是因為天才少年的資質超群,更是受惠於科技進步的紅利。(鈦媒體)


台長: 聖天使

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