کالبدشکافی ماشین‌های هوشمند Anki Drive: کشف راز رانندگی خودکار روی پیست کاغذی

استارتاپ Anki با ایده وارد کردن هوش مصنوعی به دنیای اشیای فیزیکی، این ماشین‌ها رو طراحی کرده. وقتی جعبه استارتر کیت رو باز می‌کنی، با یه مجموعه کامل روبه‌رو می‌شی که همه‌چیز برای یه مسابقه هوشمند توش مهیا شده. محتویاتی که داخل این جعبه قرار گرفته شامل موارد زیر می‌شه:

← دو عدد ماشین مسابقه‌ای مجهز به سنسور و پردازنده

← دو عدد محفظه مخصوص که نقش پایه شارژ رو هم بازی می‌کنن

← یه آداپتور شارژ سریع

← پیست مسابقه با ابعاد بزرگ و طراحی خاص

پد مخصوص برای تمیز کردن لاستیک‌ها

جالب اینجاست که اولش نمی‌دونستیم این پد چسبناک به چه دردی می‌خوره، اما بعد از بررسی متوجه شدیم برای گرفتن گرد و خاک لاستیک‌هاست. این کار نه تنها باعث می‌شه ماشین تو پیچ‌ها چسبندگی بهتری داشته باشه، بلکه به ما هم کمک می‌کنه تا کالبدشکافی تمیزتری رو انجام بدیم.

اصلا مگه می‌شه یه گجت به این جذابی رو قبل از باز کردن تست نکرد؟ امکان نداشت مستقیم بریم سراغ کالبدشکافی. پس همون‌طور که حدس می‌زنی، ما هم نتونستیم جلوی خودمون رو بگیریم و قبل از اینکه دست به پیچ‌گوشتی بشیم، حسابی باهاشون مسابقه دادیم تا ببینیم تو عمل چطور کار می‌کنن.

سؤالی که پیش میاد اینه که وقتی پیست هیچ قطعه الکترونیکی تو خودش نداره و ماشین هم فقط از یه سنسور تصویر ساده استفاده می‌کنه، این سیستم چطور مسیرش رو پیدا می‌کنه؟

وقتی با دقت و از نزدیک به سطح پیست نگاه کردیم، دیدیم که با یه سری الگوهای ریز و خطوط خاص پوشیده شده. این الگوهای کدر و روشن، مثل یه نقشه نامرئی عمل می‌کنن.

سنسور زیر ماشین این خطوط و الگوهای منحصربه‌فرد رو می‌خونه، موقعیت دقیقش رو روی پیست تشخیص می‌ده و می‌فهمه که برای ادامه مسیر باید با چه سرعتی و به کدوم سمت حرکت کنه.

با وجود اینکه این تکنولوژی مسیریابی خیلی هیجان‌انگیزه، اما یه نگرانی هم وجود داره؛ اگه پیست به خاطر قدم گذاشتن روش تا بخوره یا آسیب ببینه، ممکنه سنسور ماشین نتونه الگوها رو درست بخونه و تو مسیریابی گیج بشه. پس باید حسابی مراقب پیست باشی!

این ماشین‌های کوچیک سنسور نوری، چیپ‌های بی‌سیم و موتورهای دقیقی دارن که بهشون قدرت حرکت می‌ده. اما نکته جالب اینجاست که پردازش اصلی داخل خود ماشین انجام نمی‌شه. در واقع گوشی یا تبلت تو نقش مغز متفکر رو بازی می‌کنه؛ داده‌ها رو به صورت زنده از ماشین می‌گیره، استراتژی حرکت رو محاسبه می‌کنه و دستورات کنترلی رو دوباره به ماشین می‌فرسته.

کیس‌های شارژ هم از پلاستیک خیلی مقاوم ساخته شدن و با یه کابل Micro-USB به شارژر سریع وصل می‌شن تا ماشین‌ها رو برای دور بعدی مسابقه آماده کنن.

طبق گفته سازنده، با فقط 8 تا 10 دقیقه قرار دادن ماشین تو قاب شارژ، باتری فول می‌شه و می‌تونی حدود 20 دقیقه با بالاترین سرعت روی پیست مسابقه بدی.

وقتشه بریم سراغ باز کردن گجت. خبر خوب اینه که کل قاب بالایی ماشین فقط با یه دونه پیچ چهارسو سایز صفر (Phillips #0) به شاسی متصل شده.

هیچ خبری از چسب‌های دردسرساز، پیچ‌های امنیتی عجیب‌وغریب یا قفل‌های پلاستیکی سفت نیست و خیلی راحت می‌تونی بدنه رو از شاسی اصلی جدا کنی.

همین طراحی ساده و سرراست مثل یه دعوت‌نامه باز می‌مونه که بهمون می‌گه خیلی راحت می‌تونیم بریم تو دل این پسر بد و تمام قطعاتش رو بررسی کنیم.

از اونجایی که پردازش‌های سنگین تو گوشی موبایل انجام می‌شه، مدار این ماشین خیلی پیچیده نیست و قطعات محدودی روش سوار شده تا تو محیط مسابقه دوام بیاره.

برای درآوردن مادربرد، اول باید با هویه سیم‌های مربوط به دو تا موتور رو از روی برد جدا کنی. بعد از اون، برد خیلی راحت از روی شاسی بلند می‌شه و تمام سیستم‌های ارتباطی، کنترلی و سنسورها رو با خودش بیرون میاره.

نکته جالب طراحی این مادربرد اینه که دو تا راهنمای پلاستیکی براش تعبیه شده تا چرخ‌دنده‌ها رو دقیقا تو مسیر موتورها تراز نگه داره؛ یه طراحی چندمنظوره و کاملا هوشمندانه!

این ماشین فسقلی تو هر ثانیه صدها بار موقعیتش رو چک می‌کنه و ما باید بفهمیم دقیقا چطور این کار رو انجام می‌ده! راز این ماجرا زیر یه مجموعه لنز و هدایت‌کننده نور قایم شده. ما این قطعه رو باز کردیم تا دقیق‌تر بررسیش کنیم.

این مجموعه نوری با دو تا گیره پلاستیکی به برد وصل شده. با اینکه خیلی سبک هستن، اما باز کردنشون ممکنه باعث بشه دفعه بعد خوب چفت نشن و خاصیت نگهدارندگیشون رو از دست بدن.

سیستم کارش خیلی شبیه به موس‌های نوریه؛ نور مادون قرمز از یه ال‌ای‌دی به سمت پیست تابیده می‌شه و سنسور تصویر، بازتاب اون الگوها رو در حالی که ماشین با سرعت حرکت می‌کنه، می‌خونه و تحلیل می‌کنه.

حالا که برد کاملا آزاده، بیایم نگاهی به قطعات مهم روی سطح رویی اون بندازیم:

← میکروکنترلر 32 بیتی STM32 (مدل F051K86) با هسته ARM Cortex-M0 و فرکانس 48 مگاهرتز ساخت STMicroelectronics که وظیفه کنترل موتورها و پردازش‌های اولیه رو بر عهده داره.

← چیپ ارتباطی بلوتوث کم‌مصرف (BLE) مدل NRF8001 ساخت Nordic Semiconductor برای اتصال پایدار بی‌سیم به گوشی.

← قطعه‌ای با شناسه e160 317a روی مدار.

علاوه بر آیسی‌های اصلی، چند تا قطعه مهم دیگه هم اینجا به چشم می‌خوره:

← سنسور تصویربرداری (دوربین اپتیکال ماشین).

چهار عدد ال‌ای‌دی: یکی در جلوی مدار و یه ردیف سه‌تایی در قسمت پشتی برد.

← باتری لیتیومی 3.7 ولتی ساخت شرکت Fullriver.

با کمک یه اسپاجر، دو تا موتور کوچیک اما قدرتمند رو از روی شاسی جدا می‌کنیم تا شاسی کاملا خالی بشه. این ماشین به جای فرمان‌پذیری با چرخ‌های جلو، از همین دو تا موتور برای حرکت و پیچیدن استفاده می‌کنه؛ یعنی با تغییر سرعت چرخش چرخ‌های عقب نسبت به هم، ماشین به طرز شگفت‌آوری به چپ و راست می‌پیچه.

با قرار گرفتن موتورها در انتهای محور عقب، طراحی این ماشین کوچیک بی‌شباهت به طراحی‌های کلاسیک و موتورعقب ماشین‌های پورشه نیست. چرخ‌های جلویی در واقع هیچ مکانیزم کنترلی ندارن و وظیفه‌شون فقط حفظ تعادل ماشینه که خیلی راحت هم از سر جاشون در میان.

قطعات داخل Anki Drive خیلی زیاد نیستن، اما ما می‌خوایم همه‌چیز رو تا ریزترین قطعه کامل بررسی کنیم. قطعه هدایت‌کننده نور رو برمی‌داریم و به چند تا وزنه فلزی می‌رسیم. این وزنه‌ها در مجموع 7.1 گرم وزن دارن و تو شاسی جاسازی شدن تا مرکز ثقل ماشین رو پایین بیارن و جلوی پرواز کردن ماشین از روی پیست رو تو سرعت‌های بالا بگیرن.

ایده جالبی می‌شد اگه تو نسخه‌های بعدی، وقتی تو بازی مجازی به یه ماشین شلیک می‌کنی، یه مکانیزم فیزیکی باعث می‌شد ماشین واقعا از پیست پرت بشه بیرون و یه انفجار کوچیک رخ بده!

البته می‌دونیم که طراحی اسباب‌بازی‌های انفجاری از نظر استانداردهای ایمنی کاملا مردوده و هیچ‌وقت مجوز تولید نمی‌گیره.

خب، رسیدیم به خط پایان کالبدشکافی این ماشین هوشمند جذاب! بررسی مهندسی داخلی Anki Drive بهمون نشون داد که چطور می‌شه با ترکیب یه برد ساده، دو تا موتور و یه سنسور نوری، یه گجت تعاملی و پرسرعت ساخت.

← از نقاط قوت طراحیش اینه که اصلا درگیر پیچ‌های عجیب و چسب‌های سخت نشدیم و کل بدنه فقط با باز کردن یه پیچ استاندارد از روی شاسی آزاد شد.

← همچنین هیچ چسب مایع و دردسرسازی تو مسیر تعمیرات نیست و فقط یه چسب فومی دوطرفه برای نگه داشتن باتری استفاده شده.

← اما خب، لحیم بودن قطعات مصرفی مثل موتور و باتری نشون می‌ده که تعمیر این گجت حتما نیاز به مهارت تخصصی و استفاده از هویه داره.

← پیست مسابقه با اینکه ضخیمه، اما خیلی راحت خط و خش میفته که ممکنه تو طولانی‌مدت روی عملکرد سنسور نوری ماشین تأثیر منفی بذاره.

← علاوه بر این، پرس بودن چرخ‌ها و چرخ‌دنده‌ها یعنی در صورت خرابی مکانیکی، تقریبا راهی برای تعویضشون باقی نمی‌مونه.