【創客玩AI】汽車產業革命,從智慧小車起程

作者:白國巍

2020年末,市場傳出蘋果將要推出電動車的消息,震驚業界,台灣有許多產業巨頭,像是鴻海、和碩、緯創、廣達、仁寶等也在電動車或自動駕駛方面深耕已久。想必有不少玩家或是AI愛好者也對此興致勃勃,不過如果AI初學者也想加入的話,可以先透過門檻較低但又非常有趣的智慧小車踏出第一步,在自己動手做的過程中學習AI,並進一步來發揮創意。

智慧小車常用的開發平台有ESP32、Raspberry Pi、Micro:bit、Jetson Nano、LinkIt 7697以及Ameba等等。因應現在AI教育較常使用的平台以及智慧小車需要的影像辨識功能,本篇將簡單介紹Micro:bit、Raspberry Pi與Jetson Nano在智慧小車上的應用。

1. Micro:bit版智慧小車

Micro:bit是一款由英國廣播電視公司(BBC)推出,專為青少年編程教育設計的單板電腦開發板。這是一個高度靈活、可程式設計的開發板,其大小和一個火柴盒差不多,相當方便攜帶,同時可串接Python、 TouchDevelop、Blockly和JavaScript等的開發應用。

Micro:bit內嵌25顆紅色LED作為顯示,配有兩個可以編程控制的按鈕,能以藍牙、micro USB連接,讓學生可以在電腦上編寫好程序,再輸入Micro:bit中,還可以通過手機或平板連接下載程序。


其中還有個特色是僅需透過網頁瀏覽器就能開始進行編程。Micro:bit程式可以採用Blocky編程的方法,即一種將程式語法或元件,表示成不同的形狀、大小的積木,然後用積木堆疊的概念來組合出各式各樣的程式邏輯,就算是小學生也能夠輕易地了解並編寫。

應用於智慧小車的部分可透過Micro:bit 作為車身主體,並搭載藍牙(BLE)與多項感測器,多種延伸應用,例如人臉辨識、物體辨識、物體追蹤、顏色辨識和標籤(QR碼)辨識。

目前台灣常見的Micro:bit智慧小車相關套件,有宇宙機器人所推出的麥昆智能小車系列以及飆機器人為STEAM教育推出的AI智慧小車系列,兩者也都有相關的基礎教學,方便給大家入門或是直接購買套件進行改造測試。

2. Raspberry Pi版智慧小車

樹莓派是一塊小巧的開發板,它的出現是英國樹莓派基金會為了以低價給資源不充足的人得以進入電腦科學領域而設計的,最受歡迎的部份是它可以當成作業系統來使用,插上螢幕後就可以作為一台最基本的電腦主機來使用。

樹莓派最吸引力的不僅止於便宜的價格、小體積,最重要的就是其強大的擴充功能,以及有豐富的Open Source資源可用,而且入門門檻不會太高,只要有心嘗試就算是新手也很適合,目前有不少高中生都是從這裡開始入門。


樹莓派的核心為微處理器(microprocessor,MPU),可以運作作業系統,所以除了一般的I/O,也可以完成較為複雜的運算,如果需要運算、連網收集資料並進行分析等更為複雜的用途,樹莓派會有更多的玩法及彈性。

只要購買自走車套件,樹莓派就變成一台可控的智慧小車,加上樹莓派的可擴充性強大,社群資源也豐富,可以做的應用非常多,只要有足夠的想像力跟實作能力,就可以在這台小小的微型電腦上,結合智慧小車挖掘不少靈感跟創意。

由於Raspberry Pi強大的擴充性以及自由度,想購買相關智慧小車的套件也非常容易,上網搜尋就可以找到許多資源或配件可以購買,目前常見的是用Raspberry pi 3B為主,但如果想在影像辨識的部分獲得更好的效果,也可以考慮購入Raspberry pi 3B+來創造自己的小車。

3. Jetson Nano版智慧小車

Jetson Nano是NVIDIA為嵌入式系統設計的人工智慧平台,該系列使用相同的架構和 SDK,並且都使用NVIDIA開發的Tengra處理器,包含有圖形處理器、音效處理器、南北橋晶片和記憶體控制器等功能。它最大的特色是可同時執行多個神經網路,適合應用於影像分類、物體偵測、分割和語音處理。

Jetson Nano也是教學、學習和開發人工智慧與機器人的選擇之一。它透過活躍的開發人員社群和可立即建構的開放原始碼專案,獲得開始使用開發套件所需的資源。


Jetson Nano應用在智慧小車同樣也能通過攝影機輕鬆實現人臉辨識、目標追蹤、自主巡線和避障,同時還也支援機器人開源作業系統ROS,可透過它來熟悉ROS系統框架和概念,進一步進行智慧小車的設計開發。

Jetson Nano目前在台灣最常見的,就是針對智慧小車而出的一款JetBot AI Kit智能車套件,能與許多流行的配件兼容是他的特色之一,像是兼容常見的傳感器或是外設,包括一些新的python與SparkFun等都能快速連接系統,因此目前該套件有不少學生和愛好者會用來做創建新AI項目的測試與開發。

三組開發板與智慧小車對照表

目前Maker市場的主流開發板分別是Micro:bit、樹莓派以及Arduino,但由於Arduino的核心為運算力較弱的MCU,較無法順暢地進行智慧小車的影像辨識需求,因此介紹Jetson Nano來做簡單的比較以及一些建議,以上為三大平台的比較表:

小結

Micro:bit適合初學者以及小朋友入門,就算不懂AI也能玩得很開心。而適合創客以及中高年級以上學生們挑戰的樹莓派與Jetson Nano,就記憶體方面雖然兩者規格相同,但樹莓派占用的記憶體很小,而Jetson Nano包括內建的Ubuntu系統和GPU都會吃掉不少記憶體資源;電源耗用的部分,樹莓派耗用較低,一般常見的5V2A就能夠正常的使用,Jetson Nano若使用5V2A電源可能會發生電量供應不足的狀況,建議使用5V3A甚至是5V4A的電源;其餘WiFi、藍牙、音訊輸出等功能,Raspberry Pi都有內建,使用起來較為方便,Jetson Nano則需要外接相關設備。

三者相比較下各有優勢,無論是價格考量、操作系統、內建功能,都可以依照個人需求去做選擇,找到適合自己的開發模式,一起加入智慧小車的行列,搞不好哪天你的創意也有機會引領電動車的未來。

(責任編輯:林亮潔)

白國巍

Author: 白國巍

興趣是電玩、模型與搖滾樂的阿宅,從媒體圈晃到Maker圈來增廣見聞,希望在增加新知的同時也能開拓更廣的視野。

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