FIRST機器人大賽上的冒險 FIRST機器人大賽上的冒險

FIRST機器人大賽上的冒險

FIRST機器人大賽上的冒險

第一天

3月6日,星期五,早上不到8點。身著顏色統一服裝的高中生們在賈維茲中心高高的穹頂下顯得輕鬆自在,等待著紐約市FIRST機器人大賽的開始。接下來的三天裡,66支隊伍將角逐地區冠軍,並爭奪4月份在喬治亞巨蛋體育館舉行的全國總決賽的參賽資格。有些學校還有自己的吉祥物。一隊的紅色龍在另一隊的達斯維達面前來回踱步,達斯維達則揮舞著他的光劍。

FIRST(For Inspiration and Recognition of Science and Technology,意為「激勵與認可科學技術」)成立於1992年,最初只是新罕布夏州的一個體育館,如今已發展成為擁有40多個區域性賽事的組織。 FIRST的區域賽遍佈全美各地(特拉維夫也有一場)。 FIRST擁有近1700支隊伍,有的隊伍只有10名成員,有的隊伍則超過100人。每支隊伍都有幾位導師——可能是往屆成員、教師或專業工程師——為它們提供指導。幾個月前,每支隊伍都收到了一套基本零件和一本厚達130頁的規則手冊。之後,他們只有短短六週的時間來設計、組裝、測試並最終寄出他們的機器人。

賈維茲中心的主廳如同機場機庫般龐大。一排排看台環繞著類似迷你冰球場的場地,冰面換成了光滑的白色塑膠。冰球場後方懸掛著一塊巨大的視訊螢幕和一道高高的黑色布幕。布幕後方,六十多個機器人被安置在一個個巨大的木箱裡。這片被稱為「坑」的區域,顯得異常平靜空曠。來自長島豪帕格高中的兩名學生,麥克·莫拉萊斯和諾蘭·康威,正費力地將他們的機器人從箱子裡取出,但一旦成功,他們就迫不及待地想要談論這件事。

它有三層,大約5英尺高,側面是透明塑料,背面是黑色網狀結構。它的機械核心部件位於第一層,四周由藍色保險桿保護。第二層是空的,頂部有一個寬大的翼狀金屬部件,可以向上向前彈出。他們之前參加了幾年的機器人格鬥聯盟,厭倦了每次比賽後都要重新組裝機器人,於是加入了FIRST。康威說,FIRST「更非暴力」。

他繼續說道,FIRST每年都會發明一種新遊戲。今年的遊戲名為“Lunacy”,這個名字既寓意著瘋狂的樂趣,又讓人聯想到月球。 (塑膠材質的比賽場地顯然模擬了低重力環境。)每場比賽有六支隊伍,分為兩個聯盟。當一支隊伍將自己的「月球岩石」(略帶絨毛的橙色和紫色球體)投擲到另一支隊伍的拖車中時,該隊伍即可得分。每個月球岩石值兩分。每隊派出四名玩家上場。兩名「飛行員」操控機器人追逐對手,在場地(或稱為「隕石坑」)內奔跑。酬載專家則在場邊向對方拖車投擲月球岩石。 「指揮官」負責向其他所有人下達指令。

現在,其他隊伍也都把機器人從箱子裡拿出來了,場地越來越擁擠。有一支英國隊伍,帶著一面巨大的英國國旗和一個標有「垃圾」字樣的紙箱。一群巴西人則用葡萄牙新聞報道(主題:他們自己)把箱子貼得滿滿噹噹。除此之外,場地擠滿了來自三州地區的隊伍,個個都起了很酷的名字:機械掠奪者、技能科技、G-House海盜、教皇約翰機器人、機器人瘟疫、桑德斯機器人工廠,還有態度極客。布朗克斯科學高中派出了兩支隊伍:男女混合的科學機器人隊和全女子的鐵娘子隊(其中一位創始成員是重金屬樂迷)。史岱文森高中為他們的機器人塗上了邪惡的紅眼睛和尖銳的紅色牙齒。另一支來自赫伯特·H·雷曼高中的隊伍則掛著一條橫幅,上面寫著一句老B級片裡的口號:「它來自布朗克斯!」透過揚聲器,一個緩慢而慈祥的聲音提醒坑里的每個人請佩戴護目鏡。

來自新澤西州沃倫的「機器人戰士」是衛冕地區冠軍,他們的裝備也確實名副其實。他們在工作區前豎起了一座高大的入口,上面驕傲地展示著他們的隊名、隊徽(一個飾有藍白相間齒輪的盾牌)以及兩台三星平板電視。電視螢幕上播放著機器人戰士「塞勒涅」的技術參數,以及隊員們的照片——他們擺出滑稽的姿勢,雙臂交叉抱在胸前。電視上還播放著比賽錄影。錄影帶中,藍色的「塞勒涅」——它修長纖細的腰身和大致呈三角形的頭部使其看起來像一條蛇——正在追踪獵物,並從高高的砲塔上用月球岩石進行轟炸。儘管他們的裝備看起來氣勢逼人,但隊員們卻出乎意料地友善。他們興奮地圍攏過來(整個週末, 「大眾科學」這個詞就像西部老電影裡的晚餐鈴聲一樣響亮),描述著他們高中的小型機械車間,以及去年他們注重的是精度,而今年註重的是數量,還有他們在新澤西州地區賽中塞琳娜的大砲傾卸機替換了問題,但上週他們用一個簡單的傾卸機替換了它。

2009 年紐約市舉行的 FIRST 機器人競賽上,兩台機器人並排站在競技場內,觀眾席上擠滿了人。
塞琳娜,機器人戰士的機器人,在隕石坑裡。保羅·格里森

他們在新澤西州區域賽中輸給了由10名當地基督教家庭學校學生組成的「超速隊」(Team Overdrive)。嚴格來說,這是他們在FIRST頂級組別的首個賽季,但其中幾位學生已經參加工程競賽多年。這些學生起初似乎不太願意開口,但他們的導師之一湯姆·莫澤(Tom Moser)表示,團隊的目標是幫助在家上學的孩子們獲得他們通常缺乏的科學教育。他坦言自己也不知道怎麼啟動機器人。肯尼·肖蒂克(Kenny Shotyk)是一名大一新生,他從一位年長的隊友那裡學習了機械加工,並觀看了24小時的教學影片。他說,幾週以來,「超速隊」的所有工作就是做這件事。他們每週工作六天,從下午兩點工作到深夜,地點就在一個能停兩輛半車的車庫裡。他們遵循著KISS原則。後來才知道,這並非指另一個偉大的搖滾樂隊,而是一個縮寫,意思是「保持簡單,別搞複雜」(Keep it simple and stupid)。

練習賽原定於上午11點左右開始,但大多數機器人仍需通過裁判的檢查。廣播裡傳來播音員的呼籲:「再次提醒,如果你的機器人狀態良好,請立即將其帶到場地!」最終,六支隊伍抵達,第一場比賽正式開始。

一開始,隨著熟悉的「衝鋒!」電子號角聲響起,眼前一片飛舞的月球岩石和撞擊的金屬碎片。來自斯圖伊弗桑特的邪惡機器人緊隨巴西隊,將五到六塊月球岩石傾倒進他們的拖車。英國隊似乎無法開火。斯圖伊弗桑特再次抓住了巴西隊。兩分鐘令人眼花撩亂的比賽結束後,評審們統計分數,宣布獲勝者。

練習賽一直持續到晚上六點以後。比賽規則逐漸清晰起來,經過數週的精心設計,到一天結束時,哪些策略有效、哪些無效都一目了然。那些使用機器人傾倒月球岩石的隊伍表現出色。而那些試圖用大砲等方式發射月球岩石的隊伍則陷入困境,他們無法成群得分。此外,能夠重新裝填也至關重要,這意味著要撿起並發射那些在偏離目標後在隕石坑周圍滾動的散落月球岩石。 「機器人戰士」和「超速隊」可以做到這一點,而「豪帕格隊」則不行。留著稀疏鬍鬚、在「機器人戰士」中徵戰四年的老將本·瓦瑟認為,四台機器人中可能會有一台最終獲勝:他自己的機器人、「超速隊」的機器人、「斯圖伊弗桑特隊」的機器人,或者另一台來自新澤西州的名為「羅布」的機器人。從基本設計來看,這些機器人的工作原理大同小異。

第二天

2009 年紐約市舉行的 FIRST 機器人競賽上,一群學生和機器人。
吉祥物們列隊準備參加遊行。保羅·格里森

3月7日星期六上午,正式的吉祥物遊行拉開了序幕。達斯維達和紅龍再次亮相,還有X翼戰機飛行員、衝鋒隊員、身穿半蝸牛半坦克服裝的男孩,以及數十名其他學生,他們有的舉著橫幅,有的則把校旗披在身上。除了英國國旗,英國隊還戴著新奇的英國國旗圖案安全帽。一位隊員承諾,英國國旗圖案的背心稍後就會到場。 (事實證明他所言非虛。)吉祥物們繞場遊行時,他們的隊友和家長在看台上歡呼雀躍。

燈光漸暗,操場上方巨大的螢幕上播放著FIRST創始人迪恩·卡門和董事會主席伍迪·弗勞爾斯的致詞。弗勞爾斯是麻省理工學院的工程榮譽退休教授,留著白色的鬍鬚和馬尾。他們說,1960年,甘迺迪總統向美國發出挑戰,要在十年結束前將人類送上月球。 1969年,阿波羅11號任務完成時,NASA工程師的平均年齡是26歲。他們意味深長地暗示,這意味著這些年輕的工程師在18歲時就聽到了甘迺迪的演講。卡門和弗勞爾斯隨後將時間快轉到當下,抨擊銀行業和房地產行業只顧賺錢,不顧科學創新。他們鼓勵學生繼續努力,沒有人會替他們支付學費。

之後,六支隊伍進行最終檢查,一位頭戴粉藍色鮮花、活潑的主持人小跑步進入場地。每隊都會自我介紹(包括隊伍名稱、家鄉和贊助商),資格賽正式開始。

各隊將與隨機分配的隊友進行七場比賽。資格賽將持續一整天,並於明日上午繼續進行。資格賽結束後,前八名的隊伍可以選擇自己的隊友,並透過淘汰賽決出區域冠軍。

十點前不久,機器人戰士隊與超速隊再次交鋒。正如莫澤所承諾的那樣,超速隊的機器人設計簡潔。它看起來像個大Z字,底座敞開,一條寬闊的斜向傳送帶,頂部是一個透明的料斗。傳送帶負責收集月球岩石,料斗內的升降裝置則將它們傾倒出來。然而,這設計絕非徒有其表。它專注於盡可能收集和傾倒月球岩石,當它把岩石卸到機器人戰士隊的拖車上時,這種專注顯得十分巧妙。不過,超速隊聯盟中的另一台機器人卻出了故障,使它成了眾矢之的。在兩分鐘的比賽結束後,機器人戰士聯盟以八分(僅僅是四塊月球岩石)的優勢獲勝。

RoboWarriors 的 Ben Wasser 指出,這是 Overdrive 隊今年的首場敗績——在上週的新澤西地區賽中,他們保持不敗,也因此爆冷擊敗了他的隊伍。 Wasser 對此感到愧疚。他堅持為他們的機器人配備砲筒而不是料斗,認為精準度比體積更重要。 Overdrive 的勝利證明他錯了,他回憶起在頒獎典禮上站在他們的機器人旁邊,看著它,心想這設計真簡單。頒獎典禮繼續進行的同時,他和一位隊友設計了一個新的方案。他們沒有使用已經裝箱運到賈維茲中心的機器人,而是根據 3D 電腦模型上的尺寸,一天之內就製造出了料斗。目前來看,這個料斗運作良好。

其他隊伍在比賽間隙進行維修或調整,維修區的忙碌程度絲毫不亞於賽場上的激烈對抗。機器人經常出現故障,各隊只有很短的時間找出問題所在,下一輪比賽馬上就要開始了。午休前不久,Overdrive隊的傳送帶在比賽中途突然停止運作。他們利用最後一分鐘,把對方聯盟的機器人撞得滿地找牙,肆意破壞任何試圖得分的對手。之後,他們迅速地把機器人送回維修區,導師們也各奔東西,學生們則開始忙碌起來。他們很快就發現了問題所在:負責將月球岩石從料斗中卸下的升降機機械部分運作正常,但電子部分卻出了故障。升降機啟動時,傳送帶無法運作;而且,升降機明明處於關閉狀態,卻仍發出升起的訊號。隊伍及時完成了維修,順利參加了下午2點的比賽,並輕鬆贏得了勝利。

豪帕格高中也遇到麻煩了。他們在首場比賽中擊敗了長島的一所勁敵學校,但之後表現不佳。成年導師們正在擺弄機器人,諾蘭·康威站在一旁觀看。其他一些學生則在玩電子遊戲。他說,今年的隊伍採用了一種更偏向防守的設計,試圖透過將對方聯盟最強的機器人逼到牆角來使其退出比賽。

過去幾年,頂尖隊伍通常會在最後一個選秀權中選擇一台防守型機器人,倫斯勒理工學院的大學生西蒙·史特勞斯說。他指導著布朗克斯科學高中的兩隊。兩年前,當他還是布朗克斯科學高中的學生時,他的機器人犧牲了速度來換取扭矩,並保持了較低的重心。那一年,機器人必須伸長手臂,將充氣輪胎套到場地中央的旋轉架上才能得分。他至今仍清晰地記得,當年他是如何「欺負」對手——包括之前的全國冠軍和當年的最終冠軍——讓他們無法完成目標的。但他承認,今年,完全採用防守型設計已經沒有太大意義了。

施特勞斯表示,在防守較多的比賽中,兩三種基本設計就能很好地發揮作用。今年,基本上來說,機器人鏟取和傾倒月球岩石的效率越高,其比賽效果就越好。施特勞斯也說,簡化規則並賦予人類玩家更大的角色,也是為了縮小那些能夠籌集高達1萬美元資金的隊伍和那些無法籌集到這筆資金的隊伍之間的差距。許多隊伍都在尋求私人資助,並且像納斯卡賽車手一樣,在機器人上印上公司標誌(例如,布朗克斯科學隊的機器人上印的是聯合愛迪生公司和Snapple公司的標誌)。

當天最後幾場比賽之一是布朗克斯科學機器人對陣超速機器人。布朗克斯科學機器人隊與來自斯塔滕島的機器人瘟疫隊結盟,後者身穿白色、黑色和灰色迷彩T卹,胸前印有黃色輻射標誌。兩隊目前都位居積分榜榜首,而超速機器人認為其盟友是區域賽中實力較弱的機器人,因此對自己的勝算並不看好。

2009 年紐約市舉行的 FIRST 機器人競賽上,競技場內有幾台機器人,觀眾席上擠滿了機器人。
SciBorg-Overdrive碰撞前瞬間。保羅·格里森

比賽一開始,SciBorgs 和 Overdrive 就衝出場地,在中央相撞。他們短暫地停頓了一下,然後 Strauss 的機器人將 Overdrive 撞向牆壁。 「哦耶!」Strauss 大喊。 SciBorgs 和 Robotic Plague 顯然事先制定了戰術。 SciBorgs 盡可能與 Overdrive 正面碰撞。 Overdrive 停下來後,Robotic Plague 繞到他們的拖車側面,用月球岩石填滿了拖車。這一戰術扭轉了比賽局勢,最終他們以 96 比 72 獲勝。

科學衛士隊回到賽場時興高采烈,幾乎是在為錯過比賽的觀眾重現他們的精彩操作。超速隊則顯得有些沮喪,他們說比賽基本上是三對一,並指出他們仍然拿到了70分。但他們最終以兩場失利結束了今天的比賽,明天恐怕連前八都進不了。

2009 年紐約市舉行的 FIRST 機器人競賽上,兩名高中生在競技場內向觀眾展示機器人。
史坦頓島機器人瘟疫正往料斗裡裝月球岩石。保羅·格里森

第三天

資格賽將於3月8日星期日上午接近中午結束。接下來將確定錦標賽的聯盟。排名前八的隊伍的代表將進入比賽場地,其餘隊伍的隊長則圍繞在他們周圍,呈馬蹄形排列。

過去兩天,那些沒有在機器人操作台上工作或操控機器人的學生都坐在看台上做筆記。他們統計了每個機器人的得分、每個機器人被對手的得分,有時甚至包括有效載荷專家在場邊投擲月球岩石所獲得的分數。西蒙·斯特勞斯解釋說,許多經驗豐富的學校,包括他所在的布朗克斯科學高中,都清楚自己與哪些隊伍最為默契。各隊通常會提前達成協議,並對最終會加入哪個聯盟有所了解。

活潑的主持人已經講解過規則:和資格賽一樣,每個聯盟將由三支隊伍組成。這意味著每支隊伍有兩次選擇權。第一名隊伍可以隨意選擇任何隊伍,包括其他八強隊伍中的任何一支。但這些隊伍如果更願意組成自己的聯盟,可以拒絕邀請。然而,位於馬蹄形區域的隊長們不能拒絕邀請。如果他們拒絕,就不能接受其他邀請;他們必須完全退出比賽。第一名將獲得參加在喬治亞巨蛋體育館舉行的全國錦標賽的資格。另一個名額將頒發給比賽的最高榮譽-主席獎的得主。這是一個綜合性獎項,旨在表彰在工程、社區服務、鼓勵學生選擇科學職業等方面做出傑出貢獻的隊伍。

選拔賽從史丹頓島的機器人瘟疫隊開始,他們在資格賽中保持不敗。他們選擇了新澤西州的超速隊,這是一支在家自學的隊伍,最終排名第九。排名第二的揚克斯桑德斯機器人工廠隊選擇了布朗克斯科學學院的科學機器人隊,後者欣然接受。接下來,哈林騎士隊選擇了史岱文森高中,情況變得更糟。史岱文森高中拒絕了他們。他們排名第八,所以拒絕無可厚非,但觀眾對此感到不滿。慌亂之中,來自弗雷德里克·道格拉斯學院的男孩選擇了排名第四的新澤西州邦德布魯克高中。他們也拒絕了他。觀眾對此更加不滿。 (騎士隊最終選擇了一支位於外圈的隊伍。)現在輪到邦德布魯克高中了。他們選擇了科學機器人隊,卻被告知布朗克斯科學學院已經入選了。群眾發出震耳欲聾的歡呼聲,為邦德布魯克隊遭到報應而感到高興。機器人戰士隊在經歷了一個令人失望的上午後,被分到了外圈。看起來他們可能根本無緣錦標賽,直到哈林騎士隊用倒數第二個選秀權將他們選中。

豪帕格隊落選了;他們的比賽結束了。諾蘭康威說,接下來的一周,他的團隊將想辦法讓他們的機器人把月球岩石從地面運送到料斗裡。 (換句話說,他們計劃把原本用於防禦的機器人改造成更具攻擊性的機器人。)

本次錦標賽的每場比賽都是三局兩勝制。超速隊和機器人瘟疫隊輕鬆贏得了四分之一決賽,邦德布魯克隊也是如此。

本·瓦瑟的機器人戰士隊和哈林騎士隊對陣史岱文森高中。西蒙·施特勞斯不同意騎士隊靠運氣獲得高種子排名的說法。他說他們每年都很強,今年一定能進前八,雖然可能進不了第三。 (他也承認布朗克斯科學高中也會拒絕他們。)在第一場比賽中,史岱文森的聯盟以60分的優勢擊敗了他們。賽後,機器人戰士隊把騎士隊的機器人掀翻在地,試圖修復導致機器人行動遲緩的鬆動鏈。瓦瑟說他明年還會回來,不過是以志工的身分。他似乎已經接受了最後一次失敗的命運,而他們也確實輸了。

在兩場四分之一決賽的間隙,出現了一段奇特的插曲:燈光漸暗,大螢幕上播放了一段《週六夜現場》 “週末新聞播報”的片段。弗雷德·阿米森,這位《週六夜現場》的現任卡成員、前藍人組合成員,走進了球場。他稱讚每個人都是天才,開始調侃書呆子氣。他說他以前也是個書呆子,為了證明這一點,他要試著用一塊月球岩石射進拖車裡。他說他一定會射偏。結果他真的射偏了。然後他就離開了。

2009 年紐約市舉行的 FIRST 機器人競賽上,弗雷德·阿米森站在競技場中央,面對著人群。
弗雷德·阿米森身穿連帽衫,戴著黑色眼鏡,顯得既書呆子又時髦。保羅·格里森

桑德斯隊和布朗克斯科學隊贏得了第一場四分之一決賽,但在第二場比賽中,布朗克斯科學隊的機器人傾倒裝置發生故障,導致他們輸掉了比賽。裁判叫了暫停,他們趕緊把機器人帶離場地。只有幾分鐘的時間來找出問題所在(並進行修復),學生們蹲在機器人周圍,指指點點,大聲喊叫。一位身穿金色T恤的裁判催促他們快點:暫停後遲到將被判負。他們意識到,問題出在一條折疊的電纜上。它切斷了重要馬達的電源,就像折疊的花園水管切斷了水源一樣。科學機器人隊及時返回場地。他們的機器人恢復了正常運轉,他們的聯盟最終以54比48險勝。

資格賽往往看起來像是一場混戰,但在半決賽中,清晰的策略逐漸顯現。布朗克斯科學-桑德斯聯盟的第三台機器人「金屬騎士」看起來只不過是一個裝了輪子的透明塑膠盒子,但它在對抗下一個對手「史蒂文森」時卻發揮了至關重要的作用。第一局雙方戰成平手,直到比賽還剩一分鐘時,「金屬騎士」將「史蒂文森」逼到了牆角。 「史蒂文森」的紅色彈射器幾乎裝滿了月球岩石,但「金屬騎士」始終沒有給它找到目標的機會。桑德斯的一位導師證實,他們的策略就是壓制「史蒂文森」。他說,他們的機器人攻擊力不錯,但強度不高。在第二局比賽中,「科學機器人」們在角落收集散落的月球岩石時,「史蒂文森」向他們發動了猛攻。 SciBorg的機器人突然轉向,疾馳而去,幾乎被傾瀉而下的月球岩石擊中,這些岩石無害地落在了場地邊緣。 METAL Knights緊跟在後,而Stuyvesant則被困在牆邊,比賽就此結束。來自揚克斯和布朗克斯的聯盟(騎士隊來自布朗克斯的埃文德·柴爾德計算機與技術高中)以60比40的比分晉級決賽。

在另一場半決賽的第一輪比賽中,「機器人瘟疫」隊在起始角停滯不前。與此同時,邦德布魯克隊的機器人羅比——一個紅灰相間的大箱子,背上掛著新澤西州的車牌,名字用滾動燈顯示——在場上橫衝直撞。它輕鬆壓制了“超速隊”,最終聯盟以大約50分的優勢獲勝。第二局比賽更加膠著。 「機器人瘟疫」隊和「超速隊」在整場比賽中都保持著微弱的領先優勢。隨著時間一分一秒地流逝,三組機器人都被困在了牆邊。被困的機器人無法逃脫,而壓制機器人的機器人也無法移動,除非放開被困的機器人。看起來,「機器人瘟疫」隊和「超速隊」打算透過耗盡時間來迫使比賽進入第三局,直到邦德布魯克聯盟的機器人掙脫束縛,撲向壓制羅比的機器人,並在時間結束的瞬間投下制勝的月球岩石。 「超速隊」的肯尼·肖蒂克表示,溝通失誤導致他們的聯盟輸掉了第一局。至於第二局,他聳了聳肩。湯姆·莫澤大聲鼓勵隊員們;他提醒隊員們,他們仍然要去亞特蘭大參加全國錦標賽。

因此,冠軍賽將在布朗克斯科學隊、桑德斯機器人工廠隊和金屬騎士隊與來自新澤西州阿倫敦和紐約長島市的邦德布魯克隊及其盟友隊之間展開。比賽一開始,金屬騎士隊的壓制策略就明顯無法發揮作用。羅布實力強勁,輕鬆化解了所有陷阱。即便如此,羅布的聯盟僅以一枚月球岩石的微弱優勢險勝。在第二局比賽中,桑德斯聯盟決定改變策略。他們避開羅布,轉而集中火力攻擊來自阿倫敦的機器人,但他們的機器人在比賽中顯得迷惘且缺乏協調。羅布的聯盟再次獲勝,最後奪冠。

不過,在頒獎典禮上,當他們被宣布獲得主席獎時,桑德斯得到了一些安慰。他們從看台上魚貫而下。有些學生熱淚盈眶,一位導師也哭了。