让自行车“自行”起来

施崇伟

夏日天气，说变就变。忽然一场暴雨袭来，驱赶着马路上的行人、车辆四处逃散。由于雨湿路滑，一个骑自行车的翩翩少年，连人带车重重地摔倒在路上。少年从地上爬起，重重地叹了一口气：“自行车为什么不能自己驾驶呢？”

众所周知，自行车自身不带有动力。如果没有人维持平衡，立都立不住。两个轮子的自行车，无人驾驭，岂能独立行驶？

那个骑自行车摔倒的少年竟异想天开：一辆车既然不能自己跑，凭什么叫“自行”车？这一摔，摔出了他的奇思妙想：研发一辆完全脱离人力的自行车，让它无须人扶便可以站立，还能跑起来，并规划前进路线，让自行车真正名副其实。

这个21 岁的小伙子叫稚晖君，2018 年毕业于电子科技大学，曾就职于OPPO 研究院AI 实验室，是华为“天才少年计划”里的AI 算法工程师，目前正致力于自研深度学习推理框架与移动计算平台的异构加速相关技术。

说干就干！稚晖君选择漂移玩家最爱的“死飞”自行车进行改造。这种自行车结构简单，没有刹车，减速全靠反向蹬车，适合改造。他在设计软件CAD 中建模，制作出一辆数字模拟自行车来重组车身结构。

要能“行”，首先得能“立”。卫星能在没有摩擦力的太空完成姿态调整，依靠的是角动量守恒定律。稚晖君从这个原理得到启示：在车架上安装无刷电机和金属动量轮。动量轮转动时，会产生角动量，抵消车辆左右倾倒的力，让自行车维持屹立不倒。这个看似奇怪的设备，解决了无人自行车保持左右平衡的问题。

然后，用3D 塑料打印技术制作出精巧的零部件。强度要求更高的核心结构件，稚晖君拜托朋友用数控机床制作。硬件改造，零件组装，这只是开始，自动驾驶必须实现智能化。搭载一整套传感器组成的感知网络和一个算力足够强大的计算芯片作大脑，才是让车“自行”的关键。它的“电子大脑”，由控制车体的主控模块和负责勘探路况、规划路线的AI 计算单元两种芯片构成。难度最大的，是将两块芯片整合到一块电路板上。但这没有难倒稚晖君，他设计出一块4 层结构的电路板，再设计出软件框架，用于芯片间的通信。

和人一样，自动自行车还得有控制动力的“心脏”。稚晖君自行研发的Ctrl二代驱动器，可以对电机实现像素级控制，被用于控制车上的4 个电机运转。

就这样，部件全部安装完毕，自行车改装完成。但此时的自行车还只是个没有“灵魂”的空壳，给它注入“灵魂”的过程涉及AI 调教。这辆自行车的控制代码中，有50 多个重要参数，它们会互相合作，但也会互相干扰。只有调控到合理的数值范围内，系统才会稳定，实现自动驾驶。稚晖君设计了一套数学模型，再把参数和算法都输入游戏引擎Unity 中进行仿真计算。经过数据调测后，一辆具有人工智能的自动行驶自行车横空出世。

历经4 个月的设计、安装、试验，奇迹发生了。只见稚晖君轻轻用脚收起脚架，自行车犹如金鸡独立，稳如泰山，仿佛旁边有只看不见的手扶着，这得益于算法的精准控制。它可以在车头搭载重物，却丝毫不影响平衡，甚至立在栏杆上，它也能纹丝不动，实力赛过特技车手。车身上安装的深度相机收集到信息后，会通过Wi-Fi 传输到稚晖君的电脑上，实现了自行车自己认路。再结合AI 算法，自行车可以识别物体，自动避障。配合上测距用的激光雷达，自行车还能够自主探索陌生环境，规划行驶路径。这意味着，即使没有人骑，它也能自己遛自己。

稚晖君称自己为“野生钢铁侠”。他喜欢电影里的钢铁侠，更崇拜现实中的硅谷钢铁侠埃隆• 马斯克。“我想像他一样，怀揣着冒险精神，设计制作一些东西，用科技改变未来。”稚晖君让自行车名副其实，似乎离这个梦想，又近了一步。