如何将你的智能手机变成机器人

一个好的机器人会花费您很多钱。“腿式机器人和工业机械手价格与豪车相当，即使是 Franka Emika 或 Clearpath [Robotics] 最便宜的机器人也至少要 1 万美元，”英特尔实验室的 Matthias Müller 和 Vladlen Koltun 说。

原因是机器人需要精密执行器、传感器套件和强大的微处理器。这些东西需要在内部和与外部世界进行通信。机器人还需要定制软件，能够理解世界并执行复杂任务。这就是为什么即使是最便宜的机器人也要花费数百美元。

现在 Müller 和 Koltun 提出了一种方法，使机器人更便宜且功能更强大。他们指出，现代智能手机拥有高分辨率摄像头、内置 GPS 和惯性传感器以及强大的板载处理能力。

他们的想法，名为 OpenBot，是受 Google Cardboard 启发，建造便宜的机器人身体，将智能手机用作它们的眼睛、耳朵和大脑。更重要的是，他们已经发布了他们的计划以及使这一切成为可能的软件，这样任何人都可以以大约 50 美元的价格（前提是他们有一部智能手机）建造智能、有能力的机器人。

这种方法很简单。研究人员首先设计了一个由电池供电的四轮机器人。底盘很简单，由一个容纳车轮、电机和微控制器的底板，以及一个带有通用智能手机支架的顶板组成。团队表示，使用消费级 3D 打印机，这些板需要整整一天才能打印完成。材料成本约为 5 美元。

其他组件——四个电机和车轮、一个速度传感器、Arduino Nano 板和电机驱动器——仅需 25 美元。事实上，最大的单项成本是三块可充电锂电池，它们总共花费 21 美元，可续航约 45 分钟。

该团队还提供了软件，分为两部分。第一部分位于 Arduino Nano 板上，充当智能手机和电机之间的桥梁。它负责电池和基本的电机驱动任务。

第二部分是一个安卓应用程序，它集成了来自车载摄像头、陀螺仪、加速度计、GPS 等的数据。这提供了机器人环境的实时图像，以及关于加速度、位置和光强度的信息。它还使用开源的 TensorFlow Lite AI 基础设施处理这些数据，以识别人物和物体，并进行实时路线规划。

该系统还可以通过蓝牙连接到外部游戏控制器，例如 PS4 和 Xbox 的控制器，这允许用户与机器人进行交互。但这些并非必需品。“控制器的使用是可选的，自主操作不需要，”Müller 和 Koltun 说。

结果是一个非常强大、小巧的机器人，在家里、教育机构或任何其他地方都易于制造。研究人员通过训练它跟随一个人并在相对简单的已知和未知环境中自主导航，对其进行了严格测试。

自主导航

结果令人印象深刻。您可以在此处观看机器人自主导航并跟随一个年轻人。该团队已在一系列广泛的智能手机上验证了该设置，从诺基亚 2.2 等相对基本的设备到华为 P30 和 Google Pixel 4 XL 等功能强大的机器。“我们的实验表明，由智能手机驱动的 50 美元机器人机身能够进行人物跟随和实时自主导航，”Müller 和 Koltun 说。

不出所料，功能更强大的设备表现最好。“最便宜的低端手机（诺基亚 2.2）表现最差，但令人惊讶的是，它仍然能在大约一半的时间里跟随人物，”他们说。这种表现应该会很快改善。“我们预计，即使是低端手机也能在不久的将来可靠地运行复杂的 AI 模型。”

当然，这并非机器人制造商首次尝试在其设计中使用智能手机。但以前的项目受到过去手机功能的限制，或者将手机用作控制器而不是设备的“大脑”。大多数项目不再更新，也没有任何项目尝试通过免费提供设计来如此大规模地推广机器人技术。

这使得 OpenBot 项目独一无二。“我们希望这项工作能够为世界各地部署的数千个低成本机器人的教育和大规模学习开辟新的机会，”研究人员说，并补充说他们预计很快会增加其他功能，例如自然语言处理。“我们还希望这项工作中提出的基本思想能够扩展到其他形式的机器人实体，例如机械手、飞行器和水上交通工具。”

不难想象这种工作如何被世界各地的基层团队利用。例如，这类机器可以充当机器人安全系统、机器人伴侣，甚至机器人导盲犬。

是时候开始工作了！

参考文献：OpenBot：将智能手机变成机器人 arxiv.org/abs/2008.10631