那次事故已经过去好几年了。在一个装着儿子布莱恩(Brian)纪念品的盒子里,比尔·海德曼(Bill Hederman)偶然发现了一本速写本,奇怪的是,他不记得之前看过这本书。布莱恩是一个狂热的素描艺术家,并有一个真正的诀窍。这个爱好产生了大量的速写本,当老海德曼翻阅这个版本时,一幅特别的画引起了他的注意。
1995年7月,布莱恩死于一场车祸,当时他正在诺特丹大学度过大一和大二的暑假。在这所大学仅仅一年的时间里,他就留下了不可磨灭的印记。一项纪念奖学金成立了,每年颁发给一个学生,他的一个朋友写了一首诗,描述了布莱恩的性格。在他在巴黎圣母院时的宿舍莫里西大厅外,种了一棵树来纪念他。
然而,当他的父亲看到这幅画时,他有了一个新的,充满活力的纪念布莱恩的火花。
“画的是一个人形机器人在踢足球。一个四分卫,”比尔·海德曼回忆道。
这幅画给了海德曼一个主意。他联系了几个工程学院的同学,提议举办一种新型的机器人竞赛——这种竞赛可能会激发学生的兴趣,同时也是一次有学术价值的经历。
海德曼说:“很多机器人竞赛都是技术性的。“我认为我们的关键想法是,如果我们能想出一个令人兴奋的、技术上具有挑战性的比赛,甚至可能让大学社区的其他成员都参与进来,会怎么样?”
这个想法并不是一夜之间流行起来的。教师和管理部门之间就这个概念的整体价值以及如何最好地实施它进行了多次反复的对话。最后,这个想法在工程学副教授Michael Stanisic教授的高级设计课程中找到了归宿。第一年,他允许少数学生将机器人足球作为他们的课程项目。他们负责定义比赛:球队、规则,并展示比赛的一个方面。
Stanisic观察到,作为一个独立的项目,由一小部分学生承担,机器人足球没有必要的参与,使其成为一个有价值的教育努力。因此,第二年,每一个参加设计课程的大四学生都在九博体育研究这个概念。他们被分成两组(蓝色组和金色组),制作机器人,执行传统美式足球游戏中的动作。
“他们玩的第一个游戏很神奇,尽管还处于初级阶段,”斯坦尼斯奇回忆道。
很明显,这个想法是成功的。在接下来的几年里,机器人足球企业被包含在各种课程和俱乐部单位中。如今,圣母大学有了一个强大的学生俱乐部和两门课程:机器人足球设计和机器人足球制造。高年级学生还必须单独选修高年级设计课程。
随着俱乐部在组织上的进步,它在技术上也在进步。如今的机器人都是在16英寸的方形平台上建造的(踢球者除外,他可以把球踢到离矩形底座60英尺远的地方)。Stanisic回忆起第一批机器人是如何使用弹射器和魔术贴模拟四分卫和外接球手之间的向前传球的。今天,这个过程更加精细,展示了大量的工程肌肉。
今天的传球比赛是一个由传感器和马达组成的复杂系统。四分卫必须决定面对外接球手的距离和方向。为了实现这一目标,四分卫依靠计算机视觉摄像头传感器来跟踪放置在宽接收器上的褶皱状织物上的亮绿色、蓝色、黄色和粉红色。四分卫机器人使用视频帧中外接球手的大小来计算到目标外接球手机器人的距离。



这个距离是决定飞掠速度的关键。四分卫配备了一个转盘,转盘上有一个马达,可以使两个轮子以所需的速度旋转,然后轻轻地把球送入两个轮子之间,推动它前进。旋转的速度是由电池供电的电机电压控制的,但在比赛过程中,这些电池会变弱。因此,需要一个反馈和传感器回路,以便产生适当的电压,并实现适当的车轮速度。
但四分卫仍然必须向正确的方向投球。为了做到这一点,接收器发出一束红外线。四分卫旋转转盘,直到它定位光束,然后发射球。
机械工程专业大三学生、机器人足球俱乐部主席佐伊·丁格曼(Zoe Dingeman)说:“利用人类玩的游戏,找到一种方法让机器人做同样的事情,这是一项挑战。”挑战不仅仅是执行传球,优化跑卫的速度,或者机器人线控的力量。而是学习这门学科的不同方面,以及它们如何协同工作。
斯坦尼西奇说:“你可以设计一个接球手来做各种很棒的事情,但如果你和设计四分卫的人没有密切的接触,你就做不到。”
“用人类玩的游戏来设计一种方法,让机器人做同样的事情,这是一项挑战。”
丁格曼说:“每个人都必须拿出自己的技能,但我们也必须相互合作,相互学习。”“作为一名机械工程师,我学到了很多关于电气工程和编程的知识。里面有很多相声,但你必须有它,才能让所有的东西融合在一起,让它发挥作用。”
它是课堂上所学理论的实际应用。教授机器人入门课程并为机器人足球俱乐部提供建议的詹姆斯·施密德勒(James Schmeideler)教授将其描述为在“系统层面”学习的好处。机器人本身就是一个系统,软件、机械和电子元件协同工作以实现期望的功能。如果其中任何一块出现故障,整个系统可能就完蛋了。但在更高的层面上,足球队本身在某种意义上是一个系统的系统。因此,单个机器人不是孤立设计的,而是与其他机器人系统合作和协作的目的。
施迈德尔说:“这是他们为职场做好准备所能获得的最现实、最实际的经验。”“在当今的工程界,很少有人会把大量时间花在单个组件上,而不考虑它如何适应更大的系统。”
事实上,俱乐部的几名资深成员在毕业后都有工作安排,而且每个人都表示,机器人足球的经验是他们获得候选人资格的一个优势。
然而,尽管需要跨学科的技术技能,机器人足球的概念仍然平易近人,足以吸引年轻人。该俱乐部的成员定期为小学、初中和高中举办示范活动,学生们可以在其中了解机器人并控制它们。外展活动通常在4月下旬的STEM周前后进行。在这些展示会上的互动通常是扶轮社社员一年中最精彩的部分。丁格曼说:“这激发了下一代对STEM的兴趣。”“这是孩子们可以看到的东西,让他们对工程感到兴奋。当他们看到这样的东西时,他们会考虑更大的图景,并更好地理解他们作为工程师可能会努力实现的目标。”


埃迪·汉克勒(Eddie Hunckler)是2017届大四学生,也是俱乐部成员,他在设计团队目前用于机器人的基础平台方面发挥了主导作用。他说,在与年轻学生的这些课程中,他们的发现让他们对工作中的技术有了更深入的了解。“人们有一定程度的惊讶,”亨克勒说。“我们打开机器人,让它们看看里面发生了什么。很多组件都有实际用途,比如电机、电池,它们可以连接到这类东西上,但他们可以看到它们是如何以一种不同的方式组合在一起的。”
亨克勒计划加入芝加哥一家制造公司的两名机器人足球校友。每个人都表示,这段经历对他们的求职和日常工作都是有益的。这段经历对雇主的价值帮助赫德曼和他的同事们与圣母大学附近的学校建立了一个小型的校际联盟。当其他学校的教师和管理人员看到它的实用和教育价值时,他们开始接受这个概念,并在自己的校园里建立项目。
2012年4月20日,第一届校际机器人足球比赛在圣母大学的斯捷潘中心举行,来自圣母大学和俄亥俄北方大学的俱乐部参加了比赛。从那时起,其他大学也组建了自己的球队,现在每年的春季比赛。该赛事的播种是在联合收割机上决定的——是的,类似于每年在印第安纳波利斯举行的NFL预选赛——在联合收割机上,机器会被测量强度、传球准确性、速度、机动性和踢球距离。合并还有助于降低那些无法支持一个成熟俱乐部的机构的进入门槛;单个机器人也可以参加比赛。
最终,海德曼和其他人希望看到联盟沿着传统的运动联盟路线形成——十大联盟、大西洋海岸联盟等。目前,来自印第安纳州、俄亥俄州和威斯康辛州的学校将参加地区锦标赛,争夺布莱恩·海德曼纪念杯——这是对这位年轻人的致敬,他的素描激发了一切。奖杯顶部的人物的灵感来自布莱恩的原始草图,尽管它的位置是罗纳德·里根在电影《全美偶像》中扮演圣母院传奇人物乔治·吉普时的位置。既然吉普的故事是一种灵感,那么将他的足球故事与布莱恩·海德曼(Brian Hederman)的机器人足球故事联系起来所涉及的象征意义就再合适不过了。比尔•海德曼现已退休,但仍活跃于多个董事会,是能源创造和政策方面的重要顾问,他仍有时间推进几十年前构想出来的概念。
“在我心中,这是一种积极的爱,”他说。“这就是我坚持下去的动力。”