變色龍—智能變色機器人

文/北師大附屬實驗中學 湯云帆 孫羽浩 劉曉光

輔導教師/北師大附屬實驗中學 李英杰 陳宏杰 西城區青少年科技館 尹華軍

變色龍—智能變色機器人

文/北師大附屬實驗中學 湯云帆 孫羽浩 劉曉光

輔導教師/北師大附屬實驗中學 李英杰 陳宏杰 西城區青少年科技館 尹華軍

仿生學知識告訴我們，很多生物學現象能夠為人類提供新的思維空間。蜥蜴為了保護自己，能夠根據環境顏色而改變自身的顏色，使自己適應環境色調。根據變色蜥蜴的生物學特點，綜合了顏料化工、可控加熱、工程控制等學科知識，在對溫感顏料的化學特性、光敏傳感芯片顏色識別與通信作用、溫敏傳感芯片的溫度感應與反饋控制功能等方面進行嘗試和探索的基礎上，利用工程控制學原理，以單片機為控制中心，結合幾個子控系統，嘗試設計與研制了一種“智能變色機器人”，最后以越野車模型完整體現了“智能變色機器人”的功能特性。

智能變色機器人最基本的原理和方法：溫感顏料具有特定的溫度與顏色顯示的化學特性，各種不同的顏色特性的溫感顏料其溫度臨界值不同。因此我們借鑒這些溫感顏料的溫度顯示特性，將不同溫感特性的顏料混合，形成一個具有不同溫度條件下顏色特性不同的混合顏料，通過加熱梯度升溫，使混合顏料顯示其不同的顏色。

利用均勻分布的電阻，通過控制輸入電壓可實現一個單向可控加熱過程。但如果實現一個雙向可控的智能加熱過程，就需要一個溫度感應傳導與反饋控制系統，因此我們利用溫度感應芯片，通過編制特定程序，使其與主控系統建立雙向通信聯系，以實現一個雙向可控的智能加熱過程。

對外界顏色的準確識別是智能變色機器人基本的技術要點。任何顏色都反射出一個特定的光波，因此我們利用光敏芯片來達到外界顏色識別功能。對顏色識別后，需要一個通信連接，將識別的外界顏色信號傳輸到主控系統，因此我們設計了特定的光敏感應子系統，以實現外界顏色識別與通信功能。

在實現上述各子系統正常運行的基礎上，需要將上述各子系統結合，以達到統一協調的智能反應，這就需要一個控制中心或主控系統。我們利用單片機，通過制作特定的電路控制板和特定的編制程序，使各子系統能夠可控制運行，以達到一個智能變色機器人的功能。

智能變色機器人的工作原理圖

主控系統

（1）、系統電路原理圖

（2）、主控系統電路板示意圖

溫度與光敏傳感器電路板示意圖

根據我們搜集的資料，國內還沒有類似的系統研究和其相應的設計產品，該項目的主要創新點如下：（1）仿生學在實際生活領域的應用，通過現代控制技術和化學基礎，實現蜥蜴的變色特性。（2）溫感顏料的化學知識、光敏傳感、溫度控制與工程控制系統有機結合。

智能變色機器人的設計既可以使它與外界環境顏色相近，也可以控制通過顏色反差使它從環境中凸現出來。應用前景：在軍事領域具有極大的應用價值，如軍事偽裝、軍事偵察、實戰演習、空中識別等；在消防領域也具有廣闊的應用前景，如應急消防報警、應急消防交通等；在公共安全領域也具有重要的應用價值，如公共安全的應急反應預警體系，如在美國，有不同級別的顏色提示的公共安全危險預警體系。

2008年3月，該成果獲第28屆北京市青少年科技創新大賽“一等獎”

責編/吳浪