青少年智能機(jī)器人創(chuàng)意實驗活動設(shè)計案例

楊麗萍 甘肅省臨夏市第一中學(xué)

20 世紀(jì)90 年代以來，隨著科技的進(jìn)步，人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人在全世界范圍內(nèi)掀起一股熱潮。智能機(jī)器人的創(chuàng)意實驗活動不僅可以激發(fā)學(xué)生的想象力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力、創(chuàng)造能力、動手能力和跨專業(yè)的綜合應(yīng)用能力，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和協(xié)作精神。它提供了一種素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育與前沿研究相結(jié)合的生動形式，而且內(nèi)容本身也具有較強(qiáng)的趣味性、實踐性、探索性和綜合性，易于吸引學(xué)生積極參與。

案例一：低碳城市 綠色家園

進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，環(huán)境保護(hù)開始成為人類社會共同探討的問題，低碳生活是我們倡導(dǎo)的全新理念。做為青少年，環(huán)境保護(hù)就要從我們自身做起，體現(xiàn)在我們生活的各個方面。這項機(jī)器人創(chuàng)意活動的設(shè)計主題為“低碳城市 綠色家園”。

設(shè)計原理是利用太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源，將其通過特定的設(shè)備轉(zhuǎn)化人類日常生活所需的電能，而且還可以將轉(zhuǎn)化成的電能儲存在蓄電池中，給汽車提供動能等。

低碳生活的理念集中體現(xiàn)在自行搭建的兩層洋房中，一樓作為停車場，二樓為居住房。核心的設(shè)計是一個可以根據(jù)太陽光線自動調(diào)整方位的太陽能電池板，它可以通過升降充分的吸收太陽能，再經(jīng)導(dǎo)線將電能儲存在蓄電池中充當(dāng)其他設(shè)備的能源。太陽能轉(zhuǎn)化為的電能可以直接用作房屋的照明等。屋內(nèi)自動升降的電梯，是通過馬達(dá)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的。兩個觸動傳感器，當(dāng)作電梯升降的按鈕。房屋內(nèi)部還設(shè)計有由馬達(dá)帶動的一個電風(fēng)扇，通過溫度傳感器來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。

庭院內(nèi)自行搭建的小車模型可以實現(xiàn)從居住地到公司的自動運行，設(shè)計程序來控制小車的運動，通過光電傳感器的自動尋路，輕松自如的完成日常出行。另外還可以在居住區(qū)設(shè)計安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)和水力發(fā)電機(jī)，它將直接給日常生活提供電能。

案例二：抵御災(zāi)難，科技救援

自古以來，人類就被多種災(zāi)難所困擾，地震、海嘯、火山噴發(fā)等等，災(zāi)難頻繁，危害嚴(yán)重。這項機(jī)器人創(chuàng)意活動項目的設(shè)計主題為“抵御災(zāi)難，科技救援”。

設(shè)計原理是充分利用各種傳感器和各種高科技裝置，在復(fù)雜危險的環(huán)境中，及時高效的完成求援和修復(fù)工作?！暗钟鶠?zāi)難，科技救援”的理念集中體現(xiàn)在一臺多功能救援車上。

這臺車由主體和360 度自由旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手、助控器、攝像頭、太陽能板、紅外溫度傳感器、心電傳感器等各種傳感器組成。它可以在廢墟上自由行駛，探索并營救受難所人員。太陽能板則通過收集太陽能，使之轉(zhuǎn)化為電力，推動救援車工作。蓄電裝置也能為救援車工作提供不間斷的電力。車臂上黑色的攝像頭，可自行判斷行走路線，把災(zāi)區(qū)現(xiàn)場的情況反映在電腦上，指南針則能準(zhǔn)確的判斷行駛方向。紅外溫度傳感器數(shù)據(jù)變化，則說明搜索到了受難人員。如果這個人被困在一個三角形支撐的空間，機(jī)器人會先用前方有力的機(jī)械手來清出周石塊，開辟通道，然后由救援工作者救出被困人員。如果受難人遇到重物壓迫，就可以啟用“氣壓裝置”這一法寶，只需要在一個小縫隙中放入氣壓裝置，增加氣壓，撐起上面的石板，達(dá)到救援目的。我們還可以通過安裝的可伸縮的心電圖傳感器在電腦上看到傷員的心電波形。這臺多功能救援車的優(yōu)勢在于它最適合在震后72 小時的黃金時間段進(jìn)行工作，及時進(jìn)行科學(xué)營救。

案例三：太空探索 開啟美好征程

自古以來，探索未知的渴望促使發(fā)明家從來沒有停止探索太空的腳步。世界各地成千上萬的人努力工作和研究，相繼發(fā)明了火箭、空間站和機(jī)器人等可以在外太空和其他星球上工作的設(shè)備。這項創(chuàng)意活動的設(shè)計主題是“機(jī)器人與太空”。 創(chuàng)意理念集中體現(xiàn)一臺“多功能太空車”上。

多功能太空車是建立在一種人機(jī)混合的遙控系統(tǒng)上的，它由主體和360 度自由旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手、助控器、攝像頭、太陽能板、紅外溫度傳感器等各種傳感器組成。它可以在星球上自由行駛，并探索這個星球。太陽能板通過收集太陽能，使之轉(zhuǎn)化為電力，推動太空車工作。攝像頭，可自行更好的判斷行走路線，把星球上的情況反映在電腦上，指南針則能使它準(zhǔn)確的判斷行駛方向。紅外溫度傳感器見證奇跡。傳回的圖像數(shù)據(jù)為進(jìn)一步探索太空奧秘提供了最有力的保障。這臺“多功能太空車”的優(yōu)勢在于太空機(jī)器人可以在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射、照明條件差的太空空間環(huán)境下從容不迫地工作。

智能機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計實驗活動的開展，能使青少年對智能機(jī)器人這個熱門課題有了進(jìn)一步探索和研究，激發(fā)創(chuàng)新靈感，提升綜合素質(zhì)。讓我們共同努力，借助智能機(jī)器人之“筆”勾去畫完美生活幸福家庭新生活的藍(lán)圖，讓智能機(jī)器人更好地為人類服務(wù)。