第一款无电池游戏机想要推动一场游戏革命

德温克尔弓着腰坐在书房的一张桌子上，过去的几个月里，他一手拿着热气枪，另一只手拿着细小的镊子。微量成分散落在他的桌面上。他用外科手术的精确度将它们小心翼翼地放在电路板上，定期用放大镜检查自己的进展。对于一家工厂来说，它特别干净。它必须是。他的家位于阿姆斯特丹西南约30英里处的沉睡的荷兰小镇代尔夫特，是世界第一的诞生地。

无电池游戏机。一种视频游戏机，由来自太阳的能量和在游戏过程中的按钮捣碎相结合提供动力。

它是一块平装小说大小的橙色砖块，但重量只有1989年发布的第一款任天堂游戏男孩的一半。代尔夫特理工大学(Delft University Of Technology)的计算机科学家德温克尔(De Winkel)已经致力于制造这种设备大约一年了。他称它为他的宝贝。

它的官方名称是Engage(我被告知与诺基亚失败的游戏机无关)，但它的灵感是显而易见的。除了背面没有电池槽外，这款设备看起来与任天堂革命性的掌上电脑一模一样。德温克尔说，从项目一开始，我们就必须保持游戏机男孩的感觉，这一点至关重要。

德温克尔指的是一支成就斐然的计算机科学家团队，其中包括来自美国西北大学的约西亚·赫斯特，以及来自德尔夫特理工大学的Przemysław PawełChaak和维托·科特贝克。他们将于9月1日首次发布自己的游戏机。12，在2020年虚拟UbiComp期间，这是由计算机械协会举办的年度会议。

这种手持设备通过演示证明无电池移动游戏是可能的。它不是任天堂的产品，但对于研究人员来说，它也不仅仅是一件简单的新奇玩意儿。和最初的游戏男孩一样，这款游戏旨在引发一场革命。领导该项目的Hester和PawełChaak多年来一直在研究能源收集和间歇计算设备。接洽是对这项工作进行研究和提炼的结果，该系统是一项最先进的技术奇迹。

重新设计游戏男孩的选择是经过深思熟虑的，这是一个经过深思熟虑的阴谋，目的是提高人们对断断续续的计算领域的认识，据PawełChak称，到目前为止，这一领域仅限于核心编程人群和极客。但这不仅仅是新颖性、知名度或便利性，还有更多的利害关系。一个更大的问题笼罩着团队的工作：全球变暖和现代技术对生态的影响。

海斯特希望，该系统将激励从游戏开发商到消费者的社区从根本上重新思考世界如何对待可持续发展和气候变化。

这是约西亚·海斯特(Josiah Hester)在2019年末的一次集思广益会议上向贾斯珀·德温克尔(Jasper De Winkel)提出的梦想，当时距离大流行爆发还有几个月。德温克尔指出，即便如此，这听起来也有点疯狂。他的第一个想法是我们能做到这一点吗？&34；团队请来了维托·科尔特贝克(Vito Kortbeek)，他是德尔夫特大学PawełChaak的博士生，帮助进行软件开发。

这款游戏并不是对日本游戏巨头任天堂31年前首次发布的游戏机游戏男孩(Game Boy)的一对一再创造。这是一个重新设计，用现代计算技术从头开始建造，由一个游戏男孩模拟器驱动。

海丝特说：我们正在扮演游戏机男孩。他解释说，该设备是通过将现有的游戏男孩仿真技术与最新的能量收集和间歇计算技术相结合而创造出来的。他说，即使在四五年前，这也是不可能的。

间歇计算是计算机科学和工程的一个新兴领域，它推动了接合背后的设计原则。与电池不同的是，电池在需要更换之前会吸取能量，而间歇性计算设备使用新的能量收集技术，提供少量的电力，导致设备只保持几秒钟的开机时间，而不是几个小时。Paweł查克说，间歇计算的整个想法源于这样一个事实，即我们应该完全抛弃电池。

它是一个完全可操作的游戏机，可以玩任何游戏机的游戏，从俄罗斯方块到超级马里奥之地。它从脸上的五排小太阳能电池板和用户按下的按钮获取能量。在目前的状态下，根据游戏的不同，这足以为交战提供大约10秒的动力。然后，一旦失去动力，它就会关闭。只需几个快速按钮就可以在不到一秒的时间内恢复游戏。

在2020年，这种持续的、间歇性的失败不会让玩家满意，但Engage并不是一款专为销售而设计的设备。它是一个研究和开发工具，证明了无电池设备可以是交互式的，并鼓励用户互动。以前不需要电池的设备，如眼睛跟踪眼镜和可以打电话的手机，都令人印象深刻，但它们都是单一用途的。

Paweł查克说：“我们正在朝着建立在这种间歇性计算基础上的有用和可用的系统迈进一大步。”最终目标：建立一个设备，故障和恢复之间的时间非常短，以至于玩家不再注意到这一点。

为了做到这一点，团队不得不重新考虑他们所知道的关于游戏男孩的一切。

1989年，游戏男孩首次亮相，引发了一场革命，导致任天堂在手持游戏机市场占据了30年的主导地位。

按照今天的标准，由任天堂传奇人物横井群培设计的最初的游戏男孩是原始而难看的，但它秉承了任天堂长期以来的精神：聪明、廉价的设计，而不是技术上的奇妙。

在美国，“游戏男孩”的首发游戏“俄罗斯方块”大受欢迎，在第一个圣诞节就卖出了100万台，并击败了技术领先的竞争对手雅达利山猫(Atari Lynx)和世嘉(Sega)的“游戏齿轮”(Game Gear)。山猫和游戏机在哪里曲折前进，游戏机就在哪里曲折前进。由于专注于游戏，而不是华而不实、耗能的图形，它在一个特别的领域表现出色：电池续航时间。

海丝特从小就拿着一个游戏机长大。作为90年代的孩子，他的第一次体验来自于1998年发布的游戏机游戏男孩色彩(Game Boy Color)，这是游戏机的更新、精简版本。他谈到了家庭长途公路旅行，当时他玩了一吨俄罗斯方块和哥斯拉(Godzilla)，哥斯拉是91年出品的一个鲜为人知的拼图平台，主角是这位日本电影偶像。但并不是他所有的记忆都是美好的。

尽管Game Boy的电池续航时间优于Lynx或Game Gear，但它的续航时间似乎从未达到其额定的15小时。长途公路旅行需要像海丝特这样的玩家携带一包备件。他回忆说，我们的车里有一盒AA电池，以防万一。他指出，看到Game Boy屏幕变暗，看到电池耗尽时音乐被切断，他感到沮丧--对于一个8岁的公路旅行的孩子来说，这是一种世界末日的场景。有时，他在哥斯拉取得的所有进步都会消失。

接合的设计是为了对抗电池的不便和无常。不断地更换它们。把它们换出来。把它们扔掉。现代电池也不仅仅是游戏机的负担。从iPhone到智能手表，所有现代设备都依赖充电电池。我们大约每年更换一次手机，以旧换新；我们的经典游戏机在阁楼和地下室积灰，而它们的电容器退化和腐蚀。

海丝特说，交战的部分使命是实现一个由持久的、潜在的永恒设备组成的世界。如果一些不可预见的末日降临到人类身上(在这炎热的一年里，人们觉得这种可能性越来越大)，而你从废墟中拉出一场战斗，它将继续运作。你所需要做的就是把它拿出来晒太阳，或者开始捣碎A和B按钮来让它复活。

海丝特开玩笑说：当世界末日来临时，它还会继续存在，有人可以看到我们的社会是什么样的。

能量收集技术还不够有效，不足以防止间歇性故障，这对任何想要玩游戏的系统来说都是一个巨大的问题：每次游戏机关闭，玩家的进步就会丢失。为了解决这一问题，该团队不得不设计了一个新的软件层来保存游戏(检查点)，允许在几毫秒内保存和恢复所有数据。

海丝特说：“我们基本上是真的、真的很快地存钱，从我们保存的游戏中恢复得真的、真的很快，没有人发现。”

TU Delft的博士生Kortbeek加入了这个项目，以应对拯救游戏的挑战。墨盒中的传统存储系统依赖电池电源和RAM来跟踪进度。当电池耗尽时，检查站就永远消失了。他说：如果我们想设立一个检查站，我们必须把它推到断电时不会丢失的地方。

在游戏进行过程中，来自游戏男孩模拟器的数据也会不断地被修改、存储和写入内存，但它是一种特殊类型的内存，即使在断电后也能保持其状态。

但这个系统是变化无常的，而且是动态的，随着游戏的不同而不同。例如，俄罗斯方块比“超级马里奥之地”保持动力的时间更长。Kortbeek必须设计一种方法，告诉系统何时设置检查站，而不管游戏是什么，确保它在断电前保存进展。他还需要确保它会从停电中恢复过来，就好像什么都没有发生过一样。

他的答案是一种新的检查点技术，称为MPatch。当系统检测到低能量水平时，它会创建一个检查点。但是，为了加快速度，它只将从上一个检查点更改的任何数据存储为补丁程序。这些补丁程序在系统中按顺序存储。在发生电源故障之前，将创建最终检查点。

这听起来很复杂--事实的确如此--但想想这个过程吧：你画了两幅画“戴着珍珠耳环的女孩”，存放在不同的博物馆。一种是你不能碰的，另一种是你留着胡子，戴上眼镜。然后，一场大火席卷了第二个博物馆，但在那之前不久，你只复制了胡子和眼镜。

当你去修复第二个版本时，你不需要画一个全新的戴着珍珠耳环的女孩，你只需要复制幸存下来的画，然后把胡子和眼镜粘在上面。但这种修复发生得如此之快，以至于几乎察觉不到，就好像是在大火被扑灭之后发生的一样。快速检查点系统意味着，无论何时发生停电，您都会始终回到您所处的准确位置。停电并不是一场灾难，它只是让机器进入休眠状态。

海丝特解释说：我可以让“超级马里奥(陆地)”从第一层开始，玩几个小时，然后10年后再来，我会重新回到我原来的位置，“海丝特解释说，”我可以从第一层开始，玩上几个小时，然后我可以在10年后回来，我会重新回到我原来的位置，“海丝特解释说。他的意思是，确实如此。他指出，你可以在马里奥的中段跳跃，或者俄罗斯方块可以悬浮在快速填充的框架上方。

克服与检查点系统相关的巨大挑战是一项重大的技术成就，但有一个障碍被证明太大而无法跨越。

这是一个很大的疏漏，也是该系统最明显的局限性。当你按下A键并在空中跳跃时，听不到马里奥的声音是不和谐的。俄罗斯方块的主题曲“Korobiniki”和游戏本身一样容易辨认。没有科罗贝尼基，俄罗斯方块就不是俄罗斯方块。

海丝特说，我们对此感到难过，但发声需要很大的能量。

产生声音有两个基本问题。其一：用设备产生的少量能量让它听起来足够好听，这是一个技术挑战。德温克尔解释说，这是有可能的，尽管它很可能会发出非常细微的声音，而且要想让它听起来正确，还需要另一种完全不同的努力。

但另一个问题是，这就是说不通。老实说，播放声音会像地狱一样烦人，科特贝克辩称。当设备断电时，是不是从头开始播放音乐更好呢？或者，音乐应该继续播放，就像短暂地静音一样？大脑将如何处理这一过程？它将在多大程度上打破沉浸？

海丝特认为，这些限制是从整体上重新思考视频游戏的一种方式。他说，拥有无电池设备的开发人员可能会专门围绕间歇性断电创造产品。然后，这些失败将成为游戏的一部分，这将打开没有烦恼地播放声音的能力。

声音也不是唯一的限制。接合的液晶屏要小得多，以节省操作时的能源。虽然该系统能够模拟任何Game Boy游戏，并且还可以加载原始的墨盒，但并不是所有的游戏都会在系统上体验到相同的性能。该团队没有试用为“游戏男孩”发布的1000多款游戏，但一些最大的游戏--比如“精灵宝可梦之蓝”--拥有巨大的内存，而且不需要经常按键。这是个问题。

就目前而言，这一切都是关于优化的。当海丝特开始他的博士工作时，没有电池的游戏机是不可能的。它不可能存在。微控制器，即在交战中执行所有计算的小芯片，几乎比现在慢了50倍。在五年的时间里，这些微控制器已经取得了长足的进步。

游戏男孩和任天堂交换机之间相隔了30年，间歇性计算技术取得了指数级的进步，海丝特相信，能量收集设备将为我们今天看到的那些复杂的游戏提供动力。他说：我很想用一台能源收割机把“野性的呼吸”放在我的开关上。

海丝特的科学努力长期以来都是从他成长为卡纳卡·毛利(Kanaka Maoli)的成长过程中得知的，卡纳卡·毛利是夏威夷原住民。他一直意识到家庭和地球之间的明确联系，这是他们与土地关系的特征。

他说，这片土地被称为艾纳，它不仅仅是一种可供使用的资源。动植物被说成是兄弟姐妹。

这些信念驱使着海斯特，但他在荷兰的合作者们却被对抗气候变化的责任感所驱使。Pawełchak指出，可持续发展和环境是一个特别重要的问题，因为该国四分之一的地区低于海平面。在我们的Zoom谈话中，德·温克尔大笑着插话，提到这个国家的堤坝是如何防止他的家被大海吞没的。

视频游戏对环境的影响是开发商、发行商、制造商和消费者开始接受的问题。下一代家用游戏机--Xbox系列X和PS5--被吹捧为有史以来功能最强大、速度最快的游戏机。纵观幕后，我们有理由认为，这些下一代游戏机在2020年底发布时，可能至少会和它们的前几代游戏机一样耗电。“。

除了原材料能源问题，为我们的智能设备和游戏机供电的电池需要锂元素。开采锂的过程消耗了数十万加仑的水，并对地球上一些最干燥的地方产生了重大影响，比如智利。该地区的农民依赖于农业和畜牧业的水，正在失去供水的机会。

海丝特说，很明显，我关心的是我的孩子们在一个不炎热的地方长大，并且能够体验到许多古老的夏威夷传统，这些传统将会因为气候变化而消失。

这项活动作为一个起点，激励行业和消费者思考电池使用的影响。设计、硬件和固件都是开源的，9月1日之后任何人都可以在GitHub上使用。12.FreeTheGameBoy.info上将提供简短的技术总结。

海丝特希望团队的游戏机大修能激发一场关于使用替代能源的产品的讨论，并强调它们对环境的好处。海丝特说：我们有点需要激进、疯狂的方法。我们可以做的一件激进的事情是彻底重新思考我们是如何通过扔掉电池来制造这些设备的。

但在目前的形式下，参与是问题的一部分。它需要3D打印塑料，其电路也依赖于稀土元素。虽然目前还没有大规模生产该产品的计划(脾气暴躁的任天堂可能永远不会允许这种侵犯知识产权的行为)，但要想更有效地开展绿色手持游戏，显然还有很多工作要做。

最终，无电池系统的每个组件，包括视频游戏机，都应该是可回收和可重复使用的，pawełchak说。他说：我们觉得这是迈向这一目标的第一大步，因为电池似乎是最大的污染源。

海丝特说：我希望这款游戏机足以吸引人们的兴趣，这样他们可能会做出改变，或者至少会考虑如何以一种激进的方式来应对[气候变化]。

当我们在Zoom上交谈时，海丝特年幼的女儿莱娜·阿拉徘徊在画面边缘，一束嗡嗡作响的能量呼唤着她的父亲。在一次礼貌的交流之后，海丝特说服她回到楼下。当她消失时，她蹦蹦跳跳地喊着一句可爱的“我祝你”。我开玩笑说，当她到海丝特这个年龄的时候，她已经可以玩无电池俄罗斯方块了。

他回答说，3D俄罗斯方块。到那时，我们的能源收集将是如此原始，你甚至不需要在你的开关上插上插头。