青创大赛勾勒未来“智慧生活”

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  相比于以往运用“高科技”的创新成果,在今年的青创大赛上,也有一些看起来不那么“先进”的“小智慧”。
  特斯拉线圈闪着电弧,奏出颇具工业感的音乐;机器人用视频识别系统判断人的手势,可以保证猜拳游戏“人机对战”绝对公平;从美国总统大选,到中国各地城市开发中屡屡被曝光的“毒地”问题,都成为当代中学生潜心研究的对象……以“发现科学的乐趣”为主题的第33届北京青少年科技创新大赛日前落下了帷幕。来自北京市各个区县,以及香港特别行政区和11个国家的选手们,用他们独到的创新思维,勾勒出未来“智慧生活”的图景。
  各路机器人比拼“才艺”
  走进北京青创大赛位于牛栏山第一中学体育馆的展示场,机器人舵机(马达)特有的蜂鸣声,立刻将记者带进了浓郁的创新氛围之中。在工程学类参赛作品展区,那些展示创意独特的机器人的展台,常常成为人气旺盛的“热点”。
  “在近几年的北京青创大赛上,为完成某种任务而设计的机器人,成为工程学类参赛作品中的一大亮点,今年也不例外。有不少选手用校园科技活动使用的乐高机器人等器材,或者自己特别进行设计,建造出具有独创性的机器人前来参赛。很多选手的创意,已经进入到了专业科研工作者不易想到的领域。”来自钱学森青少年航天科学院的评委告诉记者。
  持续十余年的北京青少年机器人大赛,特别是其中的“机器人创意”项目,也培养出了一批热衷机器人设计、制作的青少年爱好者。
  于是,在今年的青创大赛上,各路机器人比拼“才艺”的奇景再度上演,而且比往年更为精彩,让前来观看青创大赛的人们颇感惊奇。
  由北京市第二中学分校和东城区青少年科技馆的于宛禾、冯诺、杜睿琦3位同学带来的“数字精灵”,就以“可重构”的新奇概念,吸引了北京市科协党组书记、常务副主席夏强等领导驻足观看。
  这件作品由4台机器人和贴有黑色“线路”的专用场地组成。4台机器人都顶着一块正方形的白板,而且这些白板分别有1条、2条、3条和4条边被贴上了黑色的边条。当体验者输入一个英文字母的时候,这4台机器人就会依次通过一处扫描区,以判断自己是不是“有用之才”。而后,“用不上”的机器人会自行走到等待区,“有用”的机器人则会径直向前,并旋转自己携带的白板。两个机器人的白板组合在一起,就能像液晶数字显示牌那样,拼出体验者指定的字符来。
  如果说“数字精灵”是一群“团体操演员”,那么北方交通大学附属中学的张一驰和雷清扬带来的“送水机器人”,则如同一位“忠实”的“仆人”。这个通体绿色的机器人顶着一个沉重的托盘,上面正好可以放下一只饮水机上使用的塑料桶。张一驰告诉记者,这台机器人采用了三轮万向平台作为底盘,也就是说,它的底盘是正三角形的,每个角的平分线装有一只轮子,使三个轮子呈120°角分布。机器人只需调整每个轮子的旋转方向和速度,就有了朝任何一个方向自由移动的能力。通过机器人身上搭载的摄像头,它可以自行判断出室内的障碍物,并且绕过它们,为目标(比如召唤机器人的居民)送去饮水或其他物品。
  东道主牛栏山第一中学的作品,由何姗、马一珺和白润豪完成的“八足仿生机器人”,更是将会扮演起现代“木牛流马”的角色。这3位选手从家乡地处京郊北部山区的实际情况出发,把机器人的“用武之地”设定为中国广袤的山区,以及未来人类将要殖民的其他行星或者卫星。这种长有8条“腿”的机器人模仿了马和螃蟹的运动方式,还可以通过让一侧的4条腿前进,另一侧的4条腿后退的方式,实现类似履带式车辆的原地转向。白润豪相信,在山地探险和日后的外星勘测活动中,这样一种运载平台可以搭载大量的沉重货物,并且跟上探险者的脚步,可以有效提高科考的效率。
  出奇招破解“首堵”难题
  居住在北京城区的人们,常会为拥堵的交通头痛不已。塞车不仅延长了人们的出行时间,也成为空气污染的诱因之一。因此,引导人们乘坐公共交通工具,或者骑车出行,就成为破解“首堵”难题的关键。
  在今年的青创大赛上,旨在解决交通问题的几件作品也颇有亮点。北京市第十五中学的高源清带来的“智能客流引导系统”,就有可能在未来成为吸引人们乘坐地铁的因素之一。
  高源清说:“很多常坐地铁的人都会发现,一列地铁列车的某几节车厢可能非常拥挤,而相邻的车厢却可能比较宽松。然而,处在最挤的车厢里的乘客,很难知晓其他车厢的情况。在几次噩梦般的挤车经历之后,他们可能就会不再喜欢地铁。所以,我设计了这样一套系统,它可以自行探测出每节车厢的拥挤程度,并用不同颜色的指示灯通知所有车厢,使乘客可以到相对不拥挤的车厢去,让全列载客量趋于平均。”
  在展示现场,高源清使用了带有磁铁的玩具人来表现乘坐地铁的人们。受制于模型的尺寸,每节车厢只能载客5人即宣告“满员”;只有载客量降到2人或者更少,显示车厢不拥挤的信号灯才会亮起。他告诉记者:“在实际使用中,地铁车辆可以使用类似电梯探测载重量那样的压力传感器,或者红外传感器,来实时判断车厢内是否拥挤。”
  城市公共交通系统当然不只有地铁这一种交通工具。来自北京第一七一中学和东城区青少年科技馆的胡炜轩、朱翔和王亦晗,就选择了公共汽车站牌作为他们研究的对象。这3位选手告诉记者,在公交站牌上显示下一辆车还有多远甚至多长时间到站,并不是太新鲜的技术;但是,由于城市交通难免拥堵,因此站牌给出的时间可能并不会太精确。至于没有这些信息的站牌,更容易导致乘客“死等”某一路车而耽误出行。他们研究的“智能公交站提示牌”,采取了“两相印证”的办法,也就是由车载读卡器扫描各个车站上的射频卡,以确认公交车确实通过了某个车站;同时,公交车也会不断将自身的位置信息发到控制中心,让候车人知晓公交车的实际位置和运行速度。这样,公交站牌给出的车辆到达时间预告就会更为精确。
  北京市第八中学的范佳悦、王国阳、张紫娆3位同学则把目光投向了中学生最常用的自行车。他们发现,很多人因为不太会操作自行车的变速器,或者觉得它不可靠,就不敢用变速功能。于是,他们为自行车设计了一套用单片机控制的自动变速系统,使变速自行车可以通过坡度和速度等传感器探测的数据,自动选择速度不同的四个挡位中的某一个,并完成“换挡”的操作,以增加骑车出行的方便性和乐趣。这套系统还相当“智能”,它可以识别急刹车和路面颠簸等情况带来的不正常速度变化,并将这些错误的信号当作“杂音”自动“过滤”掉,尽可能使自行车处于较佳的“挡位”。   貌似“不先进”的“小智慧”
  相比于以往运用“高科技”的创新成果,在今年的青创大赛上,也有一些看起来不那么“先进”的“小智慧”。它们通常来自于作者对日常生活中一些小问题的观察,解决方案也简洁而有效。一些服务于婴儿的参赛作品,更因为其中蕴含的对下一代的关怀而引人注目。
  中国香港沙田官立中学参赛队伍带来的“宝命车”,虽然被安排在展示场的一角,但仍然吸引了不少人参观体验。制作它的选手们告诉记者,无论是中国还是外国,都曾发生过多起婴儿车被机动车撞击,导致车内婴儿殒命的事故。这类事故的原因之一,就是某种意外导致推车人突然松手,使婴儿车失控滑行到机动车道上。在坡道比较多的山城,这类事故更是经常发生。因此,他们为婴儿车装上了制动设备,并在婴儿车扶手上安装了感应压力开关。只要推车人松开手,车上的步进电机就会带动刹车系统,让婴儿车在不到一秒钟的时间里停住。
  北京市门头沟区新桥路中学的郭絮,带来了一件装饰着卡通形象“阿狸”的看似简单的发明,“自行车伸缩后座椅”。她的发明源于她上学途中的一次经历。“我家离公共汽车站很远,这意味着我每天上学需要先走很长的路才能坐上车。”她说,“有一次,一位邻居看我太累,就想骑车带我回家。但她的自行车后架上装有一个难以拆卸的‘宝宝椅’,我肯定坐不上去。‘宝宝椅’在生活中相当常见,这就意味着很多自行车因为安装它而功能受限。”
  于是,郭絮决定设计一种可以伸缩的自行车后座椅。当安全围挡升起来的时候,它就是一个可以保证婴儿安全的“宝宝椅”;如果需要载货或者带成年人,围挡只需要几秒钟就可以降下来,使自行车的功能不会被一个“宝宝椅”限制住。
  北京市第八中学的孙舒苇则从一条“电吹风机是家电辐射之王”的网络新闻报道出发,萌生了制作一种电磁辐射极低的新式吹风机的创意。她说:“我发现,电吹风机的辐射,主要来源于它提供热风的部分,也就是加热电阻丝(电热丝)。因此,我自制了一台吹风机,使用没有辐射的电热膜来代替会发出辐射的电热丝。这样的设计不仅消除了绝大部分辐射(只剩下电机的少量辐射),令出风口的辐射几乎可以忽略不计,而且可以使吹风机节能三分之一左右。我自制的800瓦的吹风机,使用性能比飞利浦公司生产的1200瓦的吹风机还要略好一些。现在,这种低辐射的吹风机已有企业将要投产。我相信,低辐射有利于使用者和家人,特别是下一代健康的特点,决定了这种吹风机日后将会走进千家万户。”
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