这一段视频是1920年的时候,人们在演示自动驾驶仪 | 瘦驼 一席with米其林

一席YiXi 2019-09-20 23:03:00

在人类漫长的旅程中,总有一部分人坚定地追寻目标,从容掌控前行方向,凝聚个体之力,推动着人类和社会的发展。【一席with】携手米其林,邀请三位不同领域的竞驰者——梁文道、戴若犂、瘦驼,通过分享来自人文、科技和移动出行领域的故事,一起探寻“不露声色,已然征服”的竞驰者精神。

瘦驼,科普作家。

一席 瘦驼:要什么自行车_腾讯视频

要什么自行车?

各位晚上好!很荣幸在这儿跟大家聊会天,我是瘦驼,一个科学写作者。今天的演讲我想先从自行车聊起。

为什么想起自行车呢?上个月《Nature》有一个封面吸引了我,这个封面是关于清华的天机团队做的一个芯片。大家知道,传统的人工智能有两大流派,一个源自于传统计算机,想让计算机来实现人脑的功能。另外一派觉得,传统计算机的结构并不好,比如说人脑从来就不分什么处理器和内存,所以他们就研究类脑,希望从动物的大脑结构出发来搞人工智能。

这两派都取得了很好的成就,但是往往不能兼容。而清华这个团队把这两种不同架构的人工智能的底层秩序融合在了一个芯片里,这就是天机芯片。但我觉得它真正厉害的地方在于,它找了一个非常合适的演示平台,就像阿尔法狗一样,谷歌当年并不是用阿法狗来下棋的,只是用下围棋来演示人工智能的能力。清华这个团队找了一个什么平台呢?它做了一辆无人驾驶的自行车。

说到无人驾驶自行车,很多朋友可能会想到下面这个画面。这是一个荷兰团队在2016年发布的新概念。

不过很遗憾的是,这个产品只在2016年4月1日发售,它实际上是一个愚人节的玩笑。但清华这个团队就真的把它做了出来。这自行车太眼熟了,它是一个最常见的牌子的自行车。

看起来好像跟刚才谷歌的有点差距,直到我看了演示视频,让我大开眼界。

他们说left,它就向左了。但我觉得这有点不太对,它是一个基于中国的研究做出来的人工智能程序,应该教它“拐了”,这样会更好一些。它会避障,会自动跟随,这很厉害。

这个视频有反差萌,一下就在很多国内外的媒体上火了。大家为什么会对人工智能自行车这件事感到这么激动呢?也许是因为这虽然是人工智能的一小步,但是仔细想想,我们是什么时候学会骑自行车的?大家可能对父母把手从我们车后座上挪开那一刻记忆犹新,那是我们人生道路上非常重要的一个里程碑。意味着什么?你第一次感觉到我能掌控一种机械了,我的道路跟以前用两条腿走的时候不一样了。

但对于我们的祖先来说,比如一百多年前,当自行车还是这个样子的时候,小朋友骑自行车一定是一件非常危险的事情。

这辆老式自行车前轮特别大,特别高,名叫PennyFarthing。它在19世纪80年代之前是非常流行的一种自行车样式。大家可能很好奇,这辆自行车到底该怎么骑?我找了一段视频,这是1915年人们拍的一段纪录片,记录了一个自行车爱好者骑了一辆1878年款的PennyFarthing自行车。

这自行车为什么会设计成这样?大家可以注意两点,一是这辆自行车它的传动很简单,脚蹬直接跟前轮连在一起,它没有链条齿轮,所以你蹬一圈,车轮就转一圈,想让车骑得快,车轮必须得大才行。现在我们的自行车虽然车轮不大,但因为有传动比,前面齿轮和后面齿轮不一样大,所以我们可以实现前面蹬一圈后面转好几圈的功能,当年不是这样的,它是直接来驱动前轮的。

还有一个很重要的原因,大家可以看看自行车的轮胎,它其实就是一个铁圈。如果骑一个铁圈在刚才那种路上高速行驶,你想想你的屁股会是什么感觉,完全没有任何的缓冲。所以要把轮胎做大,这样铁圈它就有弹性了,可以吸收一些震动。这也是当年PennyFarthing自行车做大的一个原因。

那个时候,有很多发明家在尝试改进自行车轮胎,要解决的最重要的问题之一就是缓震。这是我在德意志博物馆拍到的,当时有把软木包在自行车轮胎上的,有用弹簧的,有把橡胶管切成螺旋状缠在车轮上的,不管哪种,大家可以想象,都有各种各样的问题。

但在1891年的时候发生了一件大事。法国人Charles Terront是当时最早的一批自行车选手之一,他在这一年参加了一个自行车赛,从巴黎骑到法国北部的布雷斯特,然后再骑回来,全程大概1200公里。他用77小时22分钟跑完了全程,拿了冠军。这速度算非常快了,在当时是最快的交通工具。

这辆自行车跟我们今天看到的已经完全一样了,如果把它骑到今天的街头上,大家可能以为哪个潮牌出了一个复古款的自行车。而且很重要的一点是,我们注意看这辆自行车,这个轮胎上有气门嘴,说明这是个充气轮胎,而且它是一个可拆卸的充气轮胎。

大家都知道,自行车轮胎是一个易耗品,所有骑自行车的人都扎过胎,扎了胎之后你得换。最早的充气轮胎是不可更换的,是一个整体。但在1891年的时候,两个法国人想改变一下这个设计,于是就做出了第一款可拆卸的自行车充气橡胶轮胎,这两个人就是米其林兄弟。当年他们是一个橡胶作坊的老板,这是他们当年干活的场景,跟我在家里面给车补胎的样子一模一样,工具都是一样的。这是一个非常伟大的发明。

其实在那场自行车比赛里面,有一个人作弊了,他开了辆车。1891年,法国标志诞生了,这是它第一个量产产品,叫标致3型。

当时标致3型参加巴黎-布雷斯特-巴黎的自行车比赛,大家猜猜看它的成绩怎么样?它比冠军慢了6天。这就是1891年的汽车,你觉得跟现在的汽车有什么不一样吗?看起来也差不多,有车座,有车灯,有四个轮子,一看就是链条传动的。

其实那个时候,现代汽车诞生才不过五年,这是1895年德国人Karl Benz发明的车。经过五年的进化已经有一些变化了,三个轮变成了四个轮。但是不知道你有没有注意,不管是Karl Benz这辆车,还是标致3型,跟现在的汽车有一个非常大的区别,它缺了一个重要的部件就是方向盘,它们是用一个转向手柄来控制车的方向的。

当时这些汽车工程师们没想到方向盘这件事,我觉得他们真的是阅历太浅了,因为很早之前,在航海上人们就已经在运用类似于方向盘的舵轮来控制方向了。

第一款有方向盘的车是什么车呢?是1898年款的Panhard et Levassor,也是法国车。Panhard和Levassor原来都是做木工的,他们听说有一个德国人做了尺寸非常小的内燃机,可以作为交通工具的动力,哥俩一拍即合,就合伙搞了一个汽车厂牌。

他们在1898年推出的这款车非常厉害,在汽车工业史上有非常重要的地位,因为它确立了现代汽车的基本结构。首先我们看到它装上了方向盘,其次原来在Benz的车上,发动机都是在车座底下的,但现在把发动机搬到了最前面,并且还装上了散热水箱。他们也是第一个给汽车装上变速箱手把的人,所以这辆车特别重要。

但今天很少人听说过他们的名字,Panhard还好一点,一直到2012年它还一直在生产重卡、装甲车。这个Levassor就很惨了,这是他的墓碑,他1897年就死了。他是怎么死的呢,1896年他驾驶着自己设计的车参加了一场巴黎-马赛-巴黎的汽车比赛,结果在路上突然冲出一只狗,他为了躲开那只狗车就翻了,重伤后在医院里待了不到一年就去世了。

其实刚才我们说的基本结构,比如发动机前置、方向盘、变速箱挡杆,都是Levassor的发明,但是因为他死得太早了,所以后来的人都称之为Panhard结构。如果时间稍微推迟几年,事情说不定会有转机,因为他有可能会碰到另外一个法国老乡,叫做Gabriel Voisin。

Voisin是一个非常帅的小伙,也特别长寿,他比Levassor小二十岁。他在航空史上地位非常高,是法国的第一批航空先驱,一战的时候法国的战斗机都是由他来设计的,他是真正的全才。这就是Voisin的战斗机。

一战结束之后,Voisin觉得飞机不太好玩,就开始搞汽车。他做了一些豪华品牌,这是今天收藏家手里的叫飞行家的车,如今价格非常昂贵。但他很不幸,赶上了30年代的经济大萧条,豪车卖不动了,于是他又开始做小车。这辆小车叫做“饼干”,造了几千辆,也是Voisin销量最大的产品。

刚才我为什么说Levassor和Voisin发生一点关系呢,Voisin在1920年的时候搞了一个发明,他在飞机上设计了一个可以根据轮胎的受力情况来改变刹车力度的装置,这就是今天的ABS+EBD的前身。ABS就是防抱死装置,根据摩擦力大小,根据路面的情况,我可以赋予轮胎不同的刹车力度。如果当年Levassor那辆车上装上ABS+EBD的话,他就不至于因为一条狗就翻车了。我们今天几乎所有的车上都已经标配了ABS+EBD,这是Voisin的发明。

无论如何,轮胎都是汽车所有正常运动方式的唯一执行者,不管让它加速、减速、拐弯,不管这辆车上装了多少的辅助设施,最终它都是力的改变,吃力的那个东西是什么?就是轮胎。而轮胎往往是一个被大家忽视了的、但非常重要的汽车部件。在轮胎行业里,历代的发明家做了很多革命性的改变。比如说这款是米其林的UPTIS,很奇怪,这是一个免充气的轮胎。米其林是因为充气轮胎发展起来的,但是它现在要革自己的命,做免充气的轮胎。

其实自行车和航空之间的联系远比刚才这个崎岖的联系要更密切一些,因为现代飞机的发明人莱特兄弟最早就是一个自行车商。这是莱特兄弟当年的广告,他从欧洲学习借鉴到了那些安全自行车的设计,把它引进到了美国,做了莱特自行车公司。

但是后来,莱特兄弟开始痴迷于航空。自行车在航空的发展史上扮演了非常重要的角色,它除了给莱特兄弟提供了很多技术和工程上的灵感之外,还充当了早期的航空实验工具,比如他们曾经把一辆自行车改装成了一个空气动力学验证装置。

我们知道,飞机的机翼是一个弯曲的剖面,但是不同的弯曲程度产生的升力是不一样的,怎么来验证呢?莱特兄弟把剖面不同的模型插在车轮上,当自行车往前走时,木片受到相同的迎面气流的速度,但因为剖面形状不一样,产生的升力就会不一样,有的大,有的小,车头就会产生偏斜。最早在没有风洞的时候,他们就是这样做空气动力学研究的。

1979年,人类第一次用人力驱动一架飞机横穿了英吉利海峡,这架飞机叫信天翁号。它其实就是一架自行车改装的飞机。里面的人力是谁?人们发现自行车运动员能够持续产生很大的功率,所以就找了一个体重比较轻,腿又特别粗的运动员在里面蹬,最终飞机成功飞越了30多公里的英吉利海峡。

这架飞机现在挂在西雅图的飞行历史博物馆顶棚上面,它下面就是黑鸟,飞得最慢的和飞得最快的挂在一起,很有意思。

其实开飞机比开车、比骑自行车更困难,为什么?因为一旦离开地面之后,除了有重力势能之外,我们从二维的行走方式变成了三维的,多了一个自由度,除了向左向右,还有向上和向下。人类几十万年都是在地面上生活的,所以对于多一个自由度的掌控能力是非常差的。但1914年,有人在法国巴黎的河面上拍到了这样一张照片。一架飞机从远处飞来,机翼上站着一个人,飞行员也把手举了起来,大撒把。

别说开飞机大撒把,小时候咱们骑自行车大撒把的时候,如果被我妈看到了,那肯定是要胖揍一顿的。这位开飞机大撒把的人叫Lawrence Sperry,是一个美国人,站在机翼上的那个是他的法国助手。

他们不是在演杂技,而是在展示一项新的技术,叫做自动驾驶仪。这个斯泰里有一个非常厉害的爸爸,叫Elmer Sperry,他既是一个发明家,又是一个实业家。他的伟大发明里面有一样,曾经跟我们的生活密切相关,那就是保险丝。他还有一个发明,就是这张图里他手里的玩具——陀螺仪。 陀螺仪是把一个陀螺装在一个由两根轴组成的框架里,只要把陀螺转起来,不管放到什么地方,它都能稳定住,这被称为陀螺效应,物理上讲就是角动量守恒。陀螺效应非常重要,自行车骑快了不倒,骑慢了容易倒,和陀螺效应也有关系。

陀螺仪有一个循迹的稳定性。什么叫循迹的稳定性?只要你把它转起来了,下面不管怎么动,它都不会改变自己的指向。最早Elmer Sperry就把陀螺仪应用在了航海上。尤其在海上打仗时,军舰开炮,但海面是不平静的,有上下的起伏,有左右的摇摆,炮就不知道偏哪去了。

他就想到,为什么不利用陀螺给炮塔做一个指向呢?这就是陀螺稳定器。他儿子Lawrence Sperry是一个飞行爱好者,就是大撒把的那位,他想到这不也可以用来保持飞机的航向吗?不管飞机往哪偏,陀螺都可以指向一个方向,也就是说,如果我想让飞机保持一个方向,让陀螺给它发一个指令就可以了,于是他发明了最早的陀螺自动驾驶仪,这是1914年的事情。

下面这一段视频是1920年的时候,人们在演示自动驾驶仪。我想后面机舱里的乘客一定很惊恐,飞行员不管了,从驾驶座跑出来了。但即便没有人操控,当我们给它设定好了一个方向,它就可以自动保持稳定来控制飞机。

就像刚才所说,飞行比在地面的交通要多一个自由度,所以操作起来很困难,在空中遇到的情况又比较复杂,所以飞行一直非常强调自动化,想要尽量减低飞行员的压力。真正把这件事发挥到极致的,就是1987年2月22日,法国图卢兹一架飞机起飞了,这是世界上第一架空客A320,也是大家如今最熟悉的民航机型之一。

我们来看看A320的驾驶舱,飞行员的两腿之间没有操纵盘了,取而代之的是一个宅男们都非常熟悉的遥感,它取代了原来驾驶盘的功能。除此以外还多了一个新的东西,就是小桌板。所以空客的飞行员很开心,因为他们在飞行的过程中,可以吃个东西或者是玩个桌游什么的,很方便。

但这只是外表上的改变,实质上它跟过去最大的区别在于,遥感跟飞机后面的升降舵、方向舵之间的机械联系改变了。过去,包括像现在所有的737系列,方向舵、操纵杆是通过钢索和后面的舵面直接连在一起的,飞行员直接控制舵面,但在320上不是这样,320上是靠电线连在一起的。

也就是说,遥感收到指令后,先把指令传到飞机的电脑里,电脑分析之后再把电信号传到相应舵面的舵机上,然后舵面偏转,飞机就动起来了,跟玩游戏是一样的。这一套系统叫线传操作,这意味着,飞行员和操作之间隔了一层电脑,他不再直接说话算数了。

当时这个系统出来之后,飞行员非常地排斥,尤其在后来,A320又加了一个新的功能,叫飞行包线保护。什么叫飞行包线?就是飞机飞太快了不行,太慢了不行,太高了不行,太低了也不行,这个安全的范围叫包线。如果飞行员输入了一个操作,超出了飞行包线,电脑就会漠视它。当时好多飞行员觉得,这怎么行,我开了这么多年飞机,现在得听电脑的了,没法接受。

但是30多年过去了,事实证明这是一个非常有前瞻性、非常好的设计,它是现在所有民航飞机的标准,如果新一代的民航飞机不采用电传操纵系统的话,都已经不能称之为现代民航客机了。前一段时间,波音737MAX出了问题,其实也跟这个有关系。737是一个太老的机型,到现在已经有五十多年了,它的基础架构还是传统的通过钢索的机械操纵,当加进一些电子设备之后,怎么去融合人、机械和电脑之间的关系就成了问题。

空客当年之所以能坚持做这件事,要感谢一个人,这个人就是空客的创始人Roger Béteille。他在任上的时候,确立了A320这个项目,并且把各种技术参数都确定了下来。当时反对他用这种冒进的技术的人非常多,但他还是坚持了下来,也给后来者设置了很高的门槛,这也是把控未来的一个表现。

我们来看一下飞空客和飞波音到底有什么不一样,但一定要强调一下,我给航空公司的一些带飞的教员、飞行官、总飞行师看过这两段视频,他们说这两位飞行员操纵都不规范,大家千万不要模仿。但通过视频你就知道,空客和波音、电传操纵和传统操纵到底有什么区别。视频中,两架飞机都在准备降落,能告诉我哪边是空客,哪边是波音吗?

空客与波音驾驶舱对比_腾讯视频

业内戏称波音是“空中健身房”,就是因为你必须要和机械较力,而动动手腕就可以控制的飞机就是空客,因为线传操纵要更轻松一些。我认识的空客和波音的飞行员,特别是飞320和737两个非常近似机型的飞行员,他们体型都有很大的区别,一般来说,飞波音737的飞行员都非常的精壮,飞320的飞行员一般都有点发福,因为有个小桌板嘛,可以随便吃点什么。

今天的航空已经高度自动化、高度AI化了,人力得到高度解放,与此同时我们也看到今天的航空是非常安全的,这里面有一个很重要的经验就是,一定要区隔有人和无人。大家知道,航空是高度规划的,包括空管之间的对话、机场之间的联系、相对固定的航线、高度职业化的从业者,这才能够保证机器参与进去之后,有一个非常良好的环境。

未来自动驾驶交通工具面临最大的问题,就是人。对于AI来说,最难的不是让它像刚才一样判断前面有个坡、前面有个障碍物,而是让它判断另外一个人类驾驶员或者是路面上人类的行为,这是很难预测的。所以如果以后在地面上要发展无人驾驶交通的话,一定是要高度规划的,需要专门辟出无人驾驶车辆的区域、道路和应用场景,将它们和传统的交通工具区隔开,才能保证安全。

这是空客的一个新设计,叫flying car,飞车,它完全打破了飞机和地面交通之间概念上的区隔。乘客坐在盒子里,装在四个轮子上它就是辆车,装在四个旋翼下面就是一个飞行器,可以飞上天。它完全消弥了地面和空中、二维和三维之间的差距。这个概念现在已经推行到了大比例模型的阶段了,我想大概在三四年之内,大家就会看到实物的诞生,甚至在一些地方会有一些试点。

在这样的交通工具里面,你是看不到传统的方向盘的,就像当年飞行员觉得遥感不能直接控制飞机一样。当我们不再手握方向盘的时候,我们还能把控自己的行驶方向吗?我想答案一定是确定的。真正把控未来的最高境界是随心所欲,但是不逾矩,在安全范围之内,想去哪就去哪,这才是你控制未来、把控自己方向的最高境界。

谢谢大家!

一席YiXi
作者一席YiXi
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