超现实马里奥赛车

一个夏天，一位年轻的工程师走进奥斯汀公园（德克萨斯州首府郊外的一个游乐中心），向经理介绍自己是滑铁卢实验室的实习生，滑铁卢实验室是工程巨头美国国家仪器公司赞助的黑客合作组织。他和同事们想把卡丁车赛道改造成经典电子游戏系列《马里奥赛车》的真实版，里面充满了撞车的场面。经理不仅同意了，还借给他一辆卡丁车。

在《超级马里奥赛车》中，卡通车手在遍布互动物体的赛道上飞驰。有些车手可以提高玩家的速度，有些车手可以劫持方向盘，还有很多车手可以向竞争对手发起攻击。滑铁卢实验室的四名实习生从小就玩这款游戏，所以当有人建议制作一个真实版本的游戏时，他们无法抗拒。实习生蒂姆·林奇说：“我们并不完全确定要怎么做，但我们说，‘好吧，我们必须这样做。’”

重现游戏的互动性意味着赛道上的物体必须与飞驰的卡丁车进行通信。起初，团队想到使用被动式近距离射频识别 (RFID) 标签。实习生通过将他们的身份证扔到安全扫描仪上来测试这个想法，看看嵌入式芯片是否能以足够快的速度传输信号。“这行不通，”Humphrey Huang 说。接下来，他们尝试了一种主动式自供电 RFID 系统。它额外花费了 500 美元，但可以将信号传输到 30 英尺远的地方，允许每辆卡丁车通过自己的 RFID 阅读器与物体进行交互。

实习生面临的最大障碍是：超越卡丁车的控制装置。“我们需要能够与试图转动方向盘的人抗衡，”林奇说。他们最终选择了强大的气动活塞，并用束线带、胶带和支架将其固定在底盘上。当驾驶员捕获或碰撞物品时，读取器会将该物品的唯一 ID 发送到计算机，然后计算机命令活塞、阀门或伺服电机转向、停止或加速卡丁车[参见下一页“工作原理”]。

他们在公园的车库里测试了这辆被破解的卡丁车，向车上扔了嵌入 RFID 标签的毛绒玩具，观察它像活生生的生物一样做出反应。然后，在赛道经理的批准下，他们修改了另外三辆赛车，并添加了气动炮，这样车手就可以向竞争对手发射破坏卡丁车的玩具。

比赛当天，黄、林奇、迪伦·卡斯韦尔和彼得·盖勒赛跑、撞车，并徒劳地试图防止他们的车撞上栏杆，因为贴有 RFID 标签的玩具接管了控制。林奇学会了用膝盖操纵方向盘，同时从赛道上抓起物体，将它们装进他的大炮里。黄将一个毛绒龟壳玩具从赛道另一边射向卡斯韦尔，触发了卡丁车上的 RFID 系统，卡住了刹车。“我们一圈又一圈地跑着，心想‘它真的起作用了’？”林奇说。“‘我们真的在玩马里奥赛车’？”

“我们走吧！”

红色外壳使驾驶员减速并卡住转向。安装在前轮拉杆上的空气活塞将其锁定在原位，而另一个活塞则踩下制动踏板。

捕获绿色炮弹的车手可以将其塞入空气炮，然后将其发射向对手，以完全停止他的卡丁车。

塑料香蕉使一个拉杆活塞收缩，另一个活塞膨胀，迫使前轮在左瞄准轨道上向右移动。“我们认为那将是最危险的，”滑铁卢实验室实习协调员亨特·史密斯说。

通常情况下，弹簧会阻止油门杆打开超过 85%。然而，毛绒蘑菇中的 RFID 标签会触发伺服电机拉动油门杆，使驾驶员能够达到接近 35 英里/小时的速度。

抓住毛绒星星的幸运车手将暂时获得完全打开油门的权利，同时他配备 Wi-Fi 的控制器将命令所有其他卡丁车刹车。

（了解项目的具体信息请参见下一页）

工作原理

将卡丁车改造成马里奥赛车系列视频游戏的赛车绝非易事。滑铁卢实验室的四名实习生从标准的四冲程发动机车辆开始，并添加了加固型 cRIO 计算机控制器、Wi-Fi 路由器和 RFID 读取器等组件。

1）玩具大炮
压缩空气通过 PVC 管可以将毛绒玩具喷射到 30 英尺外的参赛者身上。

2）紧固件
拉链、支架和其他可拆卸的硬件使得所有修改都变得可逆。

3）空气罐
3,000psi 彩弹罐可储存 48 立方英寸的空气来给附加活塞充气。

4）电子产品
一套装置可以检测赛道上物体的 RFID 代码，然后控制卡丁车。

5）转向
每个拉杆上连接一个 130psi 的空气活塞，可使卡丁车偏离路线。

6）刹车超控
阀门可以将高压空气引入活塞，从而踩下制动踏板。

时间： 8周
费用： 1200美元

警告：我们会在发布所有项目之前对其进行审查，但最终您的安全由您自己负责。请务必穿戴防护装备，采取适当的安全预防措施，并遵守所有法律法规。

本文最初发表于 2013 年 5 月的《大众科学》 。点击此处查看该杂志的其他内容。