第113章 不需要大脑的虫子(1/2)
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六月二十五日,高考成绩正式出榜。
同一天晚上八点二十九分,一个刚註册的b站帐號,在科技区上传了第一条视频。
帐號名叫:低熵工坊。
头像是一张黑底白线的工程图——一只六足机械的简化连杆轮廓。
没有个人简介。
视频標题只有一行字。
《不需要大脑的虫子:非周期被动六足平台v0》
点开视频,屏幕上,只有一块粗糙的黑底白字卡片。
【它没有摄像头。】
【没有雷射雷达。】
【没有iu(惯性测量单元)。】
【没有晶片去规划步態与判断地形。】
【一台24v直流无刷电机,只负责开环、缓慢地提供匀速扭矩。】
【剩下的,全交给身体。】
下一秒,画面亮起。
镜头里,是一段用废弃胶合板、工业尼龙块、高密度泡沫板和几块切割得边缘毛糙的废铝型材拼凑出来的障碍场。
障碍落差並不夸张,最高处不过六七厘米。
但所有支点、凸起和凹陷的位置,都故意打破了等距排列的工程美学。
像是一块被人用大锤隨手砸碎,又被劣质胶水强行黏合起来的混凝土地面。
丑陋,凌乱,毫无规律可言。
障碍场前方,静静地趴著一台机器。
一台体长约半米的六足机械装置。
它谈不上任何工业设计的美感。
银灰色的6061铝型材骨架大剌剌地裸露在外。
中央传动的曲轴上,车床加工留下的刀纹清晰可见。
连杆、预紧弹簧、摇臂、棘爪、黄铜轴套和底部的差动平衡梁,交织成一团复杂的金属內臟。
没有那种消费级机器人常用的碳纤维外壳,没有呼吸灯,没有擬生学的仿生涂装。
没有那种商业宣传片里会让人一眼觉得具有未来感的討巧元素。
它看起来,更像是一只从南方城中村的五金废料堆里,自行拼凑爬出来的金属节肢昆虫。
粗糙、重载,透著一股不加修饰的工业原始感。
隨后,画面中传来咔噠一声轻响。
电源接通,电子调速器发出一声极轻的提示音,24v低速大扭矩无刷电机开始低低啸叫。
中央曲轴开始缓慢旋转。
六条腿依次抬起,落下,棘爪锁止,凸轮脱开。
噠。
噠噠。
噠。
它的步態非常缓慢。
慢到能让习惯了短视频快节奏的观眾感到一种生理上的急躁。
每迈出一步,都能通过高清晰度的镜头,看见铝製连杆在应力下的微小形变,看见弹簧在吃力地压缩,看见黄铜棘爪在齿条边缘短暂的迟疑。
可它没有倒下。
第一块不规则的废铝凸起强行顶高了左前腿。
机身只是发出一阵金属摩擦的微响,微微向右倾斜了不到五度,底部的差动平衡梁迅速將姿態势能分摊,右侧的支撑腿依然牢牢抓地,没有发生连带的悬空。
第二块泡沫板形成的断崖让第四条腿短暂踩空。
预紧的阻尼弹簧顺势伸长,將那条腿轻柔地送入坑底,而不是让机体那一角失去支撑直接砸下去。
第三段非等距的连续凸起接踵而至。
如果採用常规六十度均匀相位差,这类连续凸起更容易把扰动叠到同一个节拍上,出现共振、打齿或步態重叠的风险。
但这只金属虫的六条腿,並没有像整齐划一的仪仗队那样同时犯错。
它们以一种极具视觉撕裂感,甚至显得有些滑稽和难看的姿態,各自为战,却又在机械结构的强制约束下,將重力载荷平稳地接力了过去。
画面下方,浮现出冰冷的字幕参数。
【测试项:非周期障碍场低速通过。】
【动力源:直流纯电驱动,开环匀速输入,禁止內燃机等不符合该尺寸物理现实的夸张动力。】
【控制逻辑:无地形识別,无姿態闭环,无传感器力矩反馈。】
【失效条件:机体侧翻/连续卡滯超过三秒/单腿失载后无法完成载荷交接/棘爪嚙合异常/主体承力结构出现微裂纹。】
画面外,一个年轻的男声响起。
声音平稳,缺乏起伏,比起展示某种前沿科技,更像是在宣读一份枯燥的实验室报告。
“在开始之前,先界定清楚,它不是什么。”
“它不是我从零开始凭空捏造的发明。”
镜头切换,对准一张布满划痕的橡木桌面。
一张泛黄的草稿纸上,写著三个机械史上的名字。
stra(仿生兽)。
rhex(六足机器人)。
rie(火星车摇臂转向架)。
“被动连杆行走机构,几十年前就有人做过。”
“开环节拍配合柔顺物理结构,学界有过无数论证。”
“依靠摇臂转向架被动分配底盘载荷,nasa的火星车早已把它工程化。”
“我只是站在这些成熟的构型之上,加入了一个有些违背直觉的尝试。”
画面再次切换,是一块写满矩阵和相量图的白板。
白板中央没有故弄玄虚的复杂偏微分方程,只有六个突兀的角度数值。
0°。
137.5°。
275°。
52.5°。
190°。
327.5°。
“別让六条腿排成整齐的队列。”
“也別让它们用同一种材料刚度,同一种步幅,同一种固定的节拍,去面对未知地形犯下同一种错误。”
“因为高度规则的身体结构,在遇到特定频率的外部扰动时,会把一个小小的局部错误,放大成全身瘫痪的灾难。”
“这台v0验证机存在的意义,只想验证一个猜想。”
“如果机体本身的参数不那么整齐划一,它会不会更难被同一种灾难摧毁”
……
而在这个视频在网络底层缓慢爬升的时候,江临家的防盗门门铃,已经从上午九点开始,响了不知道多少次。
最先登门的是住在楼下的王婶。
这位热心的邻居拎著一袋刚从市场买来的桂味荔枝,站在门口,脸上的笑容將眼角的皱纹挤成了一朵花。
“哎哟,秀芬啊,恭喜恭喜,省第一啊,我就说你们家江临这孩子是从小看著就不一般。咱们这栋老家属楼以后就是名副其实的状元楼了,出门我腰杆都能挺直几分。”
张秀芬穿著围裙,双手在身侧搓了搓,连忙接过那一沉甸甸的荔枝,语气里满是藏不住的骄傲与侷促:“王姐,您这就太见外了,楼上楼下的老邻居,还破费买什么水果。”
“应该的,应该的!”王婶一边笑著客套,一边探著脖子往屋里张望,“江临那孩子呢在不在家我就看一眼,沾沾文曲星的喜气,绝不打扰他休息。”
张秀芬下意识地回头看了一眼紧闭的次臥房门,那里空无一人。
“他有点事出去了。”
王婶愣了一下,脸上的笑容不减:“今天出榜这么大的日子,还往外跑啊”
“说是还有个什么东西没做完,要去弄一下。”
王婶张了张嘴,显然无法理解。
好好的高考状元,在成绩公布的这一天,不在家等著接招生办的电话,不在家享受亲戚邻居的眾星捧月,跑出去捣鼓什么东西
正说著,江临的舅舅一家到了。
表弟一进门,就直奔江临的房间。
“姑,我表哥呢”
“他不在家。”
“啊,又不在”表弟满脸写著失望,“我还专门拿了本新笔记本,想让他给我签个名呢。”
张秀芬被逗笑了:“你这皮猴子,让你表哥给你签哪门子名”
“表哥是大数学家,现在又是高考状元,以后绝对值钱啊。”表弟瞪大眼睛,一本正经地解释。
舅舅从后面跟上来,一巴掌拍在表弟的后脑勺上:“少在这儿胡说八道。”
嘴上虽然在训斥儿子,但舅舅进门时,眼神也不由自主地在客厅里扫视了一圈,寻找著那个今天理应是绝对主角的身影。
也就在这时,门铃再次响起。
这次是江建国单位里一个关係很铁的老同事,提著两整箱进口纯牛奶,人还没进门,大嗓门先传了进来。
“老江啊老江,你这老小子也太不够意思了,儿子考了全省第一,这么天大的事,昨天晚上居然连个风都不透”
“这也是昨天才知道的,今天才算正式定下来。”江建国站起身,接过牛奶,动作显得有些不太自然。
老同事环顾四周,没看到目標:“哎状元郎没在家”
江建国沉默了片刻,乾咳了一声:“出去了。”
“今天这日子还出门”
“嗯。”
“干嘛去了”
“说是去做点东西。”
……
距离小区不远的教师楼,小车库。
窗外是能把人烤化的烈日,车库內,一台二手的窗式空调正呼嚕呼嚕往外吐著冷气。
工作檯上,铺著一张被美工刀和游標卡尺划得乱七八糟的白色pvc切割垫板。
垫板周围,散落著几根切剩下的铝型材废料,几片因为公差没控制好而打样失败的聚甲醛连杆,一小盒沾著油污的微型滚珠轴承,几枚散发著金属光泽的黄铜自润滑轴套,还有几块被反覆摩擦出深深沟壑的尼龙限位片。
墙角,静静地安放著一台24v的低速大扭矩无刷电机,这是江临坚持使用的动力方案。
在他看来,在这个尺寸级別使用內燃机完全是不切实际的夸张妄想,唯有电驱动才能提供稳定、可控且符合物理现实的低速大扭矩输出。
台钻旁边,整齐地掛著手锯、什锦銼刀、游標卡尺、千分尺和一整排內六角扳手。
在工作檯最显眼,光线最充足的位置,一字排开摆放著几只透明的自封袋。
每一个袋子上,都用马克笔贴著標籤,字跡冷峻而工整。
【v0-1/第三支撑腿膝关节轴承座,侧向衝击导致微裂纹】
【v0-2/阻尼弹簧k值过小,系统横摆发散放大】
【v0-3/棘爪凸轮控制相位角偏移,过早锁止导致机体自锁】
【v0-4/右后侧棘爪提前嚙合,齿面磨损擦痕】
江临穿著一件灰色纯棉t恤,坐在工作檯前,盯著笔记本电脑屏幕上的高帧率慢动作回放。
从江大借来的高速摄像机,將现实时间拉长了数百倍。
画面定格在第143帧。
黄铜棘爪的齿尖,刚刚以极近的距离擦过齿条的边缘。
第144帧,支撑腿的底端刚刚接触地面,还未產生实际的反作用力。
第145帧,棘爪已经狠狠地咬合了上去。
早了。
相位角只早了区区几度。
在常规的每秒三十帧的肉眼观察下,这几度的误差根本无从察觉。
即便带著这个误差,机器依然能咔噠咔噠地爬过障碍板,甚至如果只是为了拍一个两分钟的视频去骗取点击率和赞助商的投资,这个表现已经绰绰有余。
但江临心里非常清楚,这几度的误差,早晚会成为杀死这台机器的致命基因。
一次测试,它能扛住。
十次测试,应力还在材料的屈服极限之內。
一百次测试后,黄铜齿面上就会被生生啃出一道斜向的伤疤。
一千次测试后,棘爪就会在受力最大的瞬间打滑。
如果在真正复杂、恶劣且没有后勤补给的极端环境下,它会在某一个完全没有徵兆的时刻,突然丧失一条腿的支撑力,巨大的偏载力矩会將整个平台瞬间掀翻。
在工程学里,能动,绝不等於成功。
能拍成演示视频,更不等於具备可靠性。
这台机器的內核逻辑,並非源於什么玄之又玄的未来视觉。
而是第七次废土之行里,他在第七天幕站的中层维护轨道旁,曾经见过的机械平台残骸。
他给它起过一个暂定名。
天幕外场无源容错承载单元。
那不是一台完整的机器人。
更像是一段被灾难烧剩下来的机械逻辑。
连杆负责传力,齿盘负责延迟,棘爪负责锁止,弹簧负责给错误动作一点回退余地;而那些看似不规则的支撑节点,则用一种有限类型、全局不重复的方式,把载荷、衝击和失效隔离开来。
在废土里,江临花了很多年,测绘、拆解、建模,又做过好几台小比例復刻样机。
样机很丑,很慢,噪声很大,轴套发热严重,棘爪磨损也远超工业標准。
但它爬过了江氏砖有限片区生成的非周期测试场。
这说明一件事。
这套来自废土文明残骸里的机械逻辑,可以被降维,可以被缩小,也可以被现实世界的普通材料重新表达。
而眼前这只半米长的金属虫,不是那台废土机械的完整復刻。
它只是江临把那套不能说出来源的东西,改写成2022年工程圈能够理解的版本。
火星车摇臂转向架,是它公开可说的血统。
stra连杆和rhex式开环步態,是它公开可说的藉口。
至於真正让它和普通六足机器区別开来的那一层,非周期相位、非均匀刚度、非等距步幅,则是江临从江氏砖、从天幕站残骸、从ps那套局部规则与全局结构的反覆拉扯中,硬生生拧出来的工程猜想。
所以,它不是未来科技的幻觉。
当然,要在现实中將其手搓出来,阻力远比解数学题庞大。
这个狭小的车库不是国家级重点实验室。
小台钻能打孔,但稳定性、重复定位和孔距一致性,都远比不上正式工装。
台钳能夹料,銼刀能修边,角尺能校正,但在效率上根本无法与恆温车间里五轴数控加工中心微米级的精度相提並论。
更何况这里没有完备的疲劳寿命测试台,没有高频振动仪,更没有一套能让他快速验证空间连杆轨跡误差的动力学仿真工作站。
所以,这台v0样机从它诞生的第一天起,就不是一个准备量產的成熟工业品。
它只是一个被具象化的问题。
一个在桌面尺度上,向工程学经典体系提出质疑的问题。
摒弃所有脆弱的电子传感器,拋弃硅基晶片算力的路径依赖,仅仅依靠一组低速旋转的电机,依靠连杆、弹簧、棘爪、摇臂和机械差动机构的纯物理咬合,能否让一台机器在混乱无序的地形上,笨拙、缓慢,但儘可能不把一次局部失效放大成全身崩溃地走下去。
更深层的问题在於:如果六条腿不遵守同一种相位差,不使用相同k值的弹簧,不迈出一样步长的距离,那么当其中一条腿在乱石堆中踩空犯错时,这个机械故障还会不会像规则系统那样,顺著固定的节拍和固定的共振频率,迅速传染给全身
这是从江氏砖的局部与全局博弈中,硬生生催生出的一个工程猜想。
这个猜想还很粗糙。
粗糙到连论文框架都还撑不起来,更谈不上成熟应用。
但江临不在乎它现在能不能变成结论。
他只需要它在物理世界里,实实在在地长出第一条能承重的腿。
第一版样机组装完成时,腿部的连杆轨跡確实能走出一个大致的d型步態。
但落足点太硬,完全没有任何柔性缓衝。
机器在木板上只走了不到半米,第三条腿的膝关节轴承座在一次细微的衝击下直接开裂。
裂纹从4螺纹孔的边缘向外延伸,在显微镜下像是一道极细微的金属闪电。
江临把它拆解下来,对著断口看了整整三个小时。
结论很直白。
衝击力没有被系统吸收,刚性结构把能走当成了唯一的目標,却忘记了牛顿第三定律中地面反作用力的反噬。
所以到了第二版,他更换了更软的阻尼弹簧。
机器走起来终於不再像铁块砸地般生硬。
但系统动力学的新问题立刻暴露。
它在微小的坡面上像个喝醉的酒鬼一样摇晃。
左侧的腿压下去,因为弹簧过软,机身姿態回正的延迟增加,右侧的腿还没来得及接管载荷,机身的横向摆动幅度就被一点点放大。
在视频记录里,那只金属虫与其说是在行走,不如说是在拼命挣扎著维持不让自己趴下。
第三版,江临狠心加入了棘爪锁止机构。
这是一种单向离合的思路。支撑相时死死顶住,腿部一旦踩实,棘爪介入,切断回弹路径,不再把载荷隨隨便便地扔回给机身主梁。
但棘爪的介入时机成了致命伤。
由於没有电子传感器去判断是否踩实,纯机械的锁止时机设定得过早。
在测试板上,它刚迈出两步,前腿的棘爪轰然锁死,而后腿的载荷交接还未完成,整台机器內部的运动学链条瞬间產生了拓扑衝突,机体僵死在原地。
24v电机发出了危险的过载闷响。
江临眼疾手快,一把拔掉了电源。
他看著冒出丝丝焦糊味的电机,脑海里只有一个念头,它不是被地形困住的,而是被自己设定的规则给銬死了。
第四版,引入相位门控。
他在主传动曲轴上增加了一圈精心计算过轮廓的小凸轮,用纯机械的凸轮升程来控制每条腿上的棘爪何时嚙合,何时脱开。
支撑相,强制锁住。
摆动相,释放自由度。
原理简单得就像几百年前的机械钟錶。
但面临的问题也如同钟錶一样苛刻,差几度,就错一拍。
为了看清这转瞬即逝的几度,姚思雨帮他从实验室借出了一台閒置的高速摄像机。
姚思雨本来听江临轻描淡写地说在做一个机械小测试,只是带著学术的好奇心过来看了一眼。
当她站在车库里,看完那台六桿机构艰难的爬行,又看了看桌上那一排贴著冷酷標籤的报废零件后,她沉默了很久。
“你管这叫小测试”
江临一边拧著螺丝,一边头也不抬地回答:“桌面级的验证样机而已。”
姚思雨盯著那台机器,没再多说什么,转身就去帮他搞定了高速摄像机的借用手续。
在每秒两千帧的高速画面下,很多肉眼只能靠猜的运动细节,终於化作了確凿的物理证据。
比如那次致命的提前嚙合。
肉眼听见的,只是一声清脆的咔。
而在慢动作中,却能清晰地看到,黄铜齿尖在支撑相真正受力之前,就已擦过了齿条的边缘。
那一下碰撞极为轻微,轻到甚至不会影响单次的越障测试。
但重复一百次,它就会在齿面上犁出一道斜疤。
后来,陆知行也知道了这件事。
默默帮他协调了工程学院一台小型振动测试台的空閒时段。
江临把那台採用规则相位、统一刚度弹簧的对照组样机搬了过去,进行低幅度的扫频测试。
当振动频率扫到一个特定的波段时,整机右侧的三条腿同时產生了剧烈的共振抖动。
这个结果不能证明规则结构一定更差。
但它至少说明,在这台样机、这组边界条件和这个频段下,规则相位与统一刚度確实更容易把扰动叠到同一个节拍上。
隨后,江临换上了第五版,也就是那台真正採用非周期参数的样机。
把相位按照黄金角进行打散取余,把弹簧的刚度调配成非对称的软、硬、软、软、硬、软,再次进行扫频。
共振峰依然存在,这是物理规律,无法消灭。
但那个峰值变钝了。
不再像是一根直刺心臟的针,而变成了一块被岁月磨平稜角的石头。
虽然依然会造成磨损,但不足以造成瞬时的结构崩塌。
这个实验结果,在严谨的学术层面上,还远不足以支撑起非周期结构一定比周期结构更可靠的宏大结论。
但对於江临来说,这已经足够告诉他,这条路不是纸上谈兵。
第五版,六条腿彻底告別了整齐划一。
相邻腿的相位差不再是雷打不动的六十度。
而是按照近似黄金角进行错开,再对整圈三百六十度取余。
由於六条腿终究只是一个极度有限的离散系统,在数学上谈不上真正意义上的无限非周期。
但这种程度的错乱,已经足够打破那种最容易害死机械的魔咒。
固定的节拍。
固定的刚度。
固定的步幅。
以及,固定的错误复製。
到了晚上六点四十分,江临捏著一把细小的內六角扳手,將最后一颗止付螺丝锁进了曲柄轴套里。
手腕发力,轻压。
沿对角线切换螺丝。
二次復紧。
最后,他拔出黑色马克笔,在螺丝头和铝合金轴套的边缘,稳稳地点了一道黑线。
防松標记。
这种东西没有任何高深的技术含量可言。
但只要机器运转一段时间后,如果黑线发生了哪怕一毫米的错位,他只需一眼就能知道这颗螺丝发生过鬆动。
工程学里那些能在极端环境下救命的细节,往往就是如此朴实无华。
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