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清華學生團隊打造自動平衡摩托車【2023.12.27秘書處】

台灣的機車密度世界第一,全台機車數超過1千4百萬輛,如何提升騎乘安全性及便利性也成為眾所關心的議題。本校學生團隊在動機系葉廷仁特聘教授的指導下,引入AI人工智慧技術,成功打造出永遠不倒的自動平衡摩托車,不僅在靜止及低速前進狀態可自動保持平衡,甚至還可倒退行駛;並可在無人駕駛下使用遠端遙控。

令人難以相信的是,這是一門本校動機系大學部專題研究課程的成果。陳昱棻、彭震祐、李威杉、戴雍4位大四生利用兩個學期的時間,從無到有,以3D列印的碳纖尼龍及塑膠零件打造出迷你版的自動平衡摩托車模型,朝「AI幫你騎車」的夢想再進一步。

國際知名機車大廠YAMAHA和Honda也積極研發自動平衡技術,近兩年陸續釋出概念車影片,但還未能商業化量產。葉廷仁特聘教授認為,台灣是機車王國,研發並掌握自有技術是非常值得努力的方向。

本校動機系學生團隊指出,目前自動平衡機車的研究多以前輪控制的單轉向設計,或加裝一個高速旋轉的圓盤飛輪來控制平衡為主,本校團隊參考YAMAHA的概念,嘗試以前輪加後輪控制的雙轉向設計來打造自動平衡摩托車。

陳昱棻表示,為了讓摩托車在停止時也能維持平衡,團隊在機車車體的重心處設置感測器,並在車身下方加裝平衡配重塊。感測器每秒鐘內可以偵測高達1333次車體的傾斜角度,微型電腦接受這些訊號後,進行即時運算來控制後轉向馬達,讓配重塊反方向移動。也就是說,當重心向右偏移時,配重塊就會往左傾,讓車身恢復平衡。

團隊目前打造出的概念模型車車體長50公分、高30公分、重6.5公斤。彭震祐說明,因使用配重塊來讓車體永保平衡,各部位零件的配重就非常重要;為避免車體因加裝額外的配重塊而增加重量,團隊將原來設在車尾約0.6公斤的電池移到車體中下方作為配重使用,更有效率且節能。

葉廷仁特聘教授強調「虛實整合」的重要性,指導學生先透過理論驗證、電腦動態模擬及測試,再進行實作。戴雍表示,團隊使用的「基因工程演算法」是近似生物演化的最佳化人工智慧機制,透過一代一代的模擬,得出最完美的參數及運行機制,再投入模型車的製作。

本校學生團隊打造出的平衡摩托車模型11月底在經濟部舉辦的第二屆「Tech New Stars 科技新秀大賽」中首度亮相。當這台兩輪的摩托車在遠端操控下,緩緩收起支撐架,平穩地向前行駛,甚至還能倒退行駛,贏得評審及現場觀眾的一致驚呼讚賞,奪下「智慧機器人」組第一名的殊榮。

雖然這只是一門必修的專題課程,但在榮獲大獎肯定後,研究團隊倍受鼓舞,希望持續整合光學雷達等感測及導航技術,讓這台自動平衡摩托車未來還能自動駕駛及避開障礙物,成為更安全、便利的智慧摩托車。

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