这场极其艰难的自动驾驶机器人比赛在停车场举行

自动驾驶汽车大赛由业余电子产品供应商 SparkFun 在其位于科罗拉多州博尔德的总部举办，比赛的挑战似乎很简单：建造一个可以在公司停车场周围自行导航的机器人。尽管 AVC 赛道上布满了小障碍物，但实际上只有一圈——距离不到 900 英尺。但对于大多数参赛者来说，这更像是通往魔多的道路。

回想上周末，今年的比赛正酣。维修站帐篷下，空气中弥漫着这样一句话：“我只希望我能绕过第一个弯道”，长长的桌子上摆满了遥控车的骨架、松散的电线、一箱箱的电路板和备件；这是一个疯狂的机器人专家实验室的垃圾。他们周围聚集着学生、工程师和不同年龄段的爱好者，他们疯狂地进行着最后一刻的调整，希望这些调整能让他们的机器人在自己的指导下快速、聪明地完成比赛。

“七年来，它已经变得非常非常先进了，”Nathan Seidle 说道，他在大学宿舍里创立了 SparkFun，并创建了 AVC 来解决员工之间关于制造自动驾驶汽车的最佳策略的友好争论。“最初几年，当机器人第一次转弯时，感觉非常壮观，”他说。

今年，71 支参赛队伍中有一半将顺利通过第一个弯道。但只有少数机器人能够完成整个赛道——躲避桶、跳过坡道，甚至可能与 Discombobulator 纠缠在一起，这是一个 8 英尺高的胶合板平台，以 50 RPM 的速度旋转，守护着一条令人垂涎的捷径。

尽管电子传感器取得了进步，Arduino 和 Raspberry Pi 等低成本计算机不断普及，以及谷歌自动驾驶汽车等备受瞩目的项目不断涌现，但对于业余爱好者和专业人士来说，制造一个不会撞到墙壁的机器人仍然相当困难。

内森·彼得曼 (Nathan Peterman) 是一名来自克利夫兰的 18 岁高中毕业生，他在本月初参加 DARPA 机器人挑战赛时亲眼目睹了这一证据。此次挑战赛展示了由拥有大量资源和专业知识的企业和学术团队制造的人形机器人。他说：“这些机器人几乎和这里的一样不可靠。它们每 10 秒就会倒下一次。”

彼得曼自己的机器人是一辆带有一英尺长金属履带的坦克，它基于 SparkFun 销售的套件。它由 Arduino Uno 控制，可读取一对超声波测距仪发出的信号，超声波测距仪使用声波来探测墙壁和障碍物。彼得曼说，它在酒店房间里工作得很好，但实际路线上的干草堆似乎吸收了超声波频率。机器人直接撞上它们，根本不知道它们在那里。

许多其他团队使用类似的传感器进行“物体避让”，但将其与 GPS 配对进行导航。彼得曼选择不这样做，部分原因是这样做可以加分。“虽然回想起来，这可能是一个好主意，”他说。

嗯，也许不是。许多启用 GPS 的机器人几乎没能从起跑线上起跑，就感到困惑。在一次比赛中，一对类似昆虫的“六足机器人”立即向左爬，撞上了栅栏，好像试图恐吓观众。事实上，其中一个团队告诉我，这可能只是他们从谷歌地图中提取的预设航点与 GPS 卫星报告的机器人实时坐标之间存在差异。

“事实证明，GPS 并不十分准确，”诺斯罗普·格鲁曼公司的软件工程师泰德·迈耶斯 (Ted Meyers) 说道。他和 9 岁的儿子罗里 (Rory) 一起参加了比赛。他们的两个四轮机器人都没有使用 GPS。“他们在这里使用的 GPS 装置可能精确到大约两三米，但这还不够，”迈耶斯说。三米大约是整个赛道的宽度，因此机器人很容易最终驶向界外的地方。

“我们发现越简单越好，”迈尔斯解释道。“我们的第一个设计尝试使用很多传感器，如声纳和红外测距仪。我们最终决定使用两个传感器，而这两个传感器只会出错。”

迈尔斯的方法是绘制出他希望机器人遵循的确切路径。只需要一个陀螺仪或指南针来知道它指向哪个方向，以及一个里程表来测量车轮自上次转动以来旋转了多少圈。

这种“航位推算”方法被证明是一种非常可靠的解决第一弯道问题的方法，至少在事先知道路线的情况下是如此。迈耶斯的机器人几乎在每场比赛中都顺利到达终点，并在各自组中获得了第二名和第三名，而另一个机器人——由洛克希德马丁工程师里奇·伯恩赛德制造的“Roadrunner”——使用同样的策略连续第三年夺得第一名。

但在 AVC，胜利并不只是目的。和 SparkFun 所做的一切一样，这项活动的使命主要是教育。参赛者中有很多成年选手，但大多数是大学生、高中机器人俱乐部的成员，或者从工程师父母那里学习机器人技术的年轻人。

“看到这么多孩子对机器人感到兴奋和鼓舞，真是太棒了，”赛德尔说。“希望我们能鼓励他们进入 STEAM 领域——数学、科学、工程，所有这些有趣的东西。”

其中一名孩子是 11 岁的玛丽·罗尔，她获得了年度最佳新秀奖。她和父亲托马斯在比赛前六个月开始制造机器人“杀手猫”。玛丽负责设计、组装和测试机器人，而她的父亲则在玛丽的指导下负责编程。

去年，托马斯与玛丽的哥哥利昂合作，这一次利昂能够自己完成大部分机器人的开发工作。“这向孩子们展示了工程原理，”托马斯说。“事情总会出错。如果出错了，你该如何解决呢？”

秋天，玛丽将和利昂一起前往丹佛科技学校的拜尔斯校区学习，该校设有机器人俱乐部和编程课程，作为中学课程的一部分。

“我喜欢利用科技创造栩栩如生的东西，”玛丽说。“我认为这很有趣。”