记得很久之前曾经看过一个节目,是美国常态性的机器人擂台赛。参赛者自行制作出功能、外型各异的机器人,然后摆放到擂台场地上,由参赛者在一旁遥控机器人动作,让两部机器人进行对打,谁先故障或损坏,就淘汰出局,由此来选出最强的获胜者。基本上,和目前热映的电影《钢铁擂台》剧情十分相似。
当时观赏这个节目,看到擂台上各种攻击机器人的行进方式、攻击武器、防护设施都不相同,忍不住要为这些参赛者不同的创意想法感到惊艳。但另一方面,心里也不禁产生一个问号,这些外型功能各异的机器人,肯定不是市面上随处可以买得到的。那么,他们是怎么做出来的?
这个问题存在我心中很久。直到看到Arduino之后,才稍解了我心中的疑惑。
大家一定都听过Android,但对于Arduino却很陌生。和Android类似,Arduino是一种开放原始码的软硬件平台,提供简单好用的 I/O接口,并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。对一个电子DIY玩家来说,Arduino简直就是通往天堂的护照。尽管Arduino仅拥有相当于8位MCU的入门级运算能力,但这些DIY玩家透过Arduino,可以打造出属于自己的梦幻电子王国。
《图一 过去电视节目已有电子玩家打造自己的机器人参加擂台赛。》 |
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开放硬件运动兴起
软件破解玩家在早上破解软件代码,下午马上复制出工作原型,似乎是家常便饭。但这样的传统破解法则过去在硬件领域却完全行不通。不过这种情况已经开始发生快速的变化了。有一群制作机器人的狂热分子,以及电子DIY玩家,开始利用新一代的开源硬件平台和快速制造工具,来打造自己理想的电子王国。由这些玩家所构成的社群,正推动着开放硬件运动大步向前走。
Arduino在2005年起源于意大利,当时只是一个简单的企划构想,没想到后来成为开放硬件运动的共主。时至今日,全球已有数千个利用Arduino所衍生出来的应用,包括电表、吉他音源放大器、以及多种Arduino实用小工具,例如它可以提醒你何时需要帮你的植物浇水、帮你的金鱼喂饲料等。
那么,现在有多少人在使用Arduino呢?据统计,Arduino社群目前至少有10万用户。看似不多,但这个社群正不断地扩张。有一天,它可能成为和Android一样高知名度的开放资源。
Pablos Holman是长期推广硬件破解的玩家之一。透过硬件开源,他渐渐体认到,「我们可以像在使用打印机一样,轻松地操作雷射切割机。」他说。
这意思再清楚不过,未来要DIY做出一个电子装置,可以跟写一个网络应用程序一样快。
DIY怪咖如鱼得水
Holman这位职业的硬件破解玩家,曾协助社群写出一个可透过Wi-Fi去读出硬件通行码,再将该通行码传送给其他DIY社群用户的破解程序,并将之取名为Hackerbot。他在西雅图甚至成立了一间Hackerbot实验室,这是一间有各种电工器具的仓库,DIY玩家可以在此做出各种装置。
过去习惯使用并自行修改Linux这类开源软件的计算机玩家或DIY怪咖,现在已经逐渐将注意力转至消费性电子产品身上,不管这些产品是采用免费开源的Android系统,或者是非开放性的苹果手机。
Adafruit设计总监,同时也是《Make》杂志资深编辑的Phillip Torrone说,开源硬件普及的速度比想象中还快,到了明年,市场上应该就可以看到十倍于目前数量的开源硬件。这些开源硬件包括完整的电路图,以及可自行组装的套件。
《Make》杂志目前便有一个相当受到欢迎的开源DIY套件。这是一个USB充电器,小到可以放到一个锡制的金属小盒中。这小工具的制作者正是Adafruit公司的创办者Limor Fried。其实Fried从大学时代便开始她的DIY生涯,并陆续发表相关的设计文档。例如她曾做过手机的截听器等。现在制作这类DIY套件已经成为Fried的职业了,她底下现有三名员工。
与开源软件不同的地方是,开源硬件的商业模式出奇地单纯。公开电路图与文件档案、贩卖零件和套件、最后让DIY玩家自己来做出成品。
《图二 锡制的金属小盒是DIY玩家的最爱,可打造出各种不同的电子装置。》 |
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打造『对』的装置
史丹佛一位机器人研究员Steve Cousins,公开展示了他利用开放资源所制作完成的家用机器人。Cousins所属的公司希望可以做出十个这种开源机器人,让全国各地的研究人员可以轻松取得并使用,最终能带来类似电影《摩登原始人》剧中那样可以拖地板、清洗碗机,以及帮主人拿啤酒并开瓶的便利环境。
这种开源机器人的优点,在于可让各地的研究人员分享他们设计机器人时,所遇到的各种空间识别和物体判断等相关设计经验、所需零件和原始码等。「透过这些经验分享,你就可以快速设计出一个『对』的机器人。而不是那种走路会跌倒,或者要它打扫,却把家里弄得乱七八糟的机器人。」Cousins说。
Cousins还指出,他的私人赞助企业Willow Garage并不会反对其他厂商最终采用了他们的构思,并将之商品化。
BeagleBoard单挑Arduino?
德州仪器公司所公开的BeagleBoard,则是另一种与Arduino类似的开源硬件。德州仪器试图以BeagleBoard来挑战Arduino,让原本Arduino的用户带枪投靠德仪阵营。BeagleBoard基本上可以视为一种低功耗的计算机模块,其最新版本采用的是1GHz的ARM Cortex A8处理器,这是目前相当多智能手机采用的强大处理器。德仪主推BeagleBoard的用意很简单,我的效能比你Arduino强,自然应该会有更多社群用户投靠过来。
然而事实并非如此。并非所有的电子DIY社群玩家都会选择BeagleBoard。
Adafruit设计总监,同时也是《Make》杂志资深编辑的Phillip Torrone指出,「BeagleBoard不是一般DIY新手玩得起的!」德仪为BeagleBoard所设定高效能标准,反而成为一般初学者的障碍。「反倒是易上手的Arduino,让初学者可以立刻做出可点亮的LED灯。」Torrone说。
虽然BeagleBoard视Arduino为主要对手,但两者严格来说,是两个不同的系统。BeagleBoard是一块小型计算机模块,Arduino则比较像是一个8位MCU。BeagleBoard-XM系统内就包括了一个1GHz处理器、以太网、五个USB 2.0接口,和512MB内存。性能比起Arduino强大太多。但不管如何,这两者所代表的共同意义,都是一种可能性,只要你有足够的创造力与技术能力,你所能想到的,都可利用开放硬件来加以实现。
Arduino胜出优势
不过Arduino会如此风行,也不是没有理由的。以下是五个Arduino普及率胜过BeagleBoard的原因。
入门容易
一篇文章重新编写,往往比从零开始下笔容易。电子DIY也是相同的道理。从既有的概念去着手,比从一片空白开始想象容易许多。这个优点也使得BeagleBoard原有的优势,一下转变成为劣势。「它几乎没有任何应用范例可以让DIY用户去参考并演进。」Arduino计划的共同发起人Massimo Banzi这样表示。
目前Arduino拥有数百种创意企划和构想,在社群用户之间相互分享并激荡,并炮制和它的用户共享的思想。这些创意企划,比较有趣的例如使用Wii来控制咖啡壶、一件可以显示方向灯的自行车外套,或者是电池即将用尽时便会大声鸣叫的无线电力监控器。
BeagleBoard现在的处境有点像是『先有鸡,或是先有蛋』的难题。除非拥有更多具参考价值的开放代码,不然很难吸引到更多的社群用户。然而社群用户的数量若不增加,BeagleBoard又很难提高其吸引用户的创意企划数量。这让BeagleBoard目前陷入了极大的挑战。
成本和耐久性
Arduino成本仅30块美元,对于想入门的DIY用户,这是个划得来的投资。「这只是几个三明治的价格。」Torrone说。
但,BeagleBoard-XM的价格,却高达180块美元。
而Arduino会如此便宜,主要原因之一就是其产品复制的容易性。「MCU这种零组件几乎是完全开源的,这使得Arduino的取得就像是买个日常用品一样容易。」Torrone如此表示。
相较之下,BeagleBoard阵营的社群用户就没那么轻松。Torrone指出,这些用户必须与德州仪器公司或其合作伙伴紧密地合作,这使得自由度大大降低。
另外,Arduino是非常具有弹性的,应用韧性非常强大。再加上低功耗的特性,使得Arduino成为DIY用户的最爱。搭配一个9V电池,Arduino装置就可以运作上一整天。
Torrone指出,BeagleBoard的优点已经成为他的最大致命伤。由于其强大的效能,意味该装置需要大量的能耗,这使得BeagleBoard因此成为一些简易低耗能装置的拒绝往来户。
方兴未艾的社群
Arduino的兴起,意味着用户非常容易上手。Adafruit、SparkFun和Liquidware这些公司不仅贩卖芯片,还会定时在部落格中建议用户,如何透过Arduino来将丰富的想象力实做到作品上,让天马行空的想法可以真的实现。
一位长年使用Arduino的学生Will Chellman说,他曾尝试使用BeagleBoard,但相关的文件和数据非常难以寻找。由于BeagleBoard非常缺乏够看头的相关创意企划,这使得很多DIY社群用户裹足不前。就算找到一些有趣的企划案,也都是非常地技术性,无疑是一道高高的门坎,横梗在入门者的面前。而且这些BeagleBoard的参考数据通常都零散不全,有些文档非常老旧,真要找到适合自己的文件,可能还得花上老半天的时间来搜寻。
成熟度是关键
Arduino早BeagleBoard好几年出道。在2008年10月,市面上就已经有大约5万个Arduino机板出货。而这一年,第一块BeagleBoards机板才正要开始启程,准备被快递到电子DIY发烧友的手中。
BeagleBoard目前才两岁,它没有足够长的时间酝酿,也没有足够多的用户为其建立应用数据库。但这并不意味着BeagleBoard无法赶上Arduino。事实上目前已经有部份BeagleBoard的应用构想被真的实现。从大到电视墙,小到iPad的无线电火腿族都有相关的应用。甚至有用户透过BeagleBoard自行设计一套平板计算机套件。
未来只要更多用户将BeagleBoard发扬光大,相信会有更多有趣的创意将会相继被激发出来。
《图三 BeagleBoard当然也是电子DIY社群的选择之一,不过其门坎较高,吓跑不少入门玩家。》 |
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简单就是王道
BeagleBoard拥有高达1GHz的运算处理能力与完整的配件,这样的功能简直就是具创造力工程师的梦幻逸品,可以让各种想象成为现实。
但相对的,这可就是那些DIY入门玩家的梦靥了。许多电子DIY社群用户并不懂太过深层的电子设计,甚至不具相关背景,他们只想用很简易快速的方法,将自己天马行空的想法作成实品。面对艰涩的BeagleBoard,便很容易「谢谢,再联络!」
Arduino的用户说,将外部传感器链接至电路板非常容易,并且有随手可及的信息文件让入门者可以很快上手。
如果要用一个形容词来形容Arduino,『friendly』应该会是公认没有异议的一个词。Arduino的设计理念便是针对没有电子相关背景的电子DIY社群所开发,成本低廉、资源开放,并且鲜少使用太过技术性的语言来吓唬用户。这样完全开放的精神及平易近人的使用环境,正是今天吸引众多DIY入门者争相使用的最主要原因。
结语
Arduino满足了开放硬件的需求,而开放硬件圆了DIY玩咖的梦想。开放硬件社群逐渐茁壮,未来生活角落应该随处可见到这种为了便利生活而产生的电子DIY装置。只不过目前放眼所及,开放硬件的玩家似乎多少都得具备一些电子背景,才能踏进开放硬件的国度。未来开放硬件是否能够更为简易,让街头巷尾的小朋友或阿公阿婆也都能自己DIY所需的电子设备,例如买器材来自己做玩具坦克车,或者DIY电子洗假牙器,这些很值得开放硬件社群来共同努力。