青創(chuàng)大賽勾勒未來(lái)“智慧生活”

相比于以往運(yùn)用“高科技”的創(chuàng)新成果，在今年的青創(chuàng)大賽上，也有一些看起來(lái)不那么“先進(jìn)”的“小智慧”。

特斯拉線圈閃著電弧，奏出頗具工業(yè)感的音樂(lè)；機(jī)器人用視頻識(shí)別系統(tǒng)判斷人的手勢(shì)，可以保證猜拳游戲“人機(jī)對(duì)戰(zhàn)”絕對(duì)公平；從美國(guó)總統(tǒng)大選，到中國(guó)各地城市開(kāi)發(fā)中屢屢被曝光的“毒地”問(wèn)題，都成為當(dāng)代中學(xué)生潛心研究的對(duì)象……以“發(fā)現(xiàn)科學(xué)的樂(lè)趣”為主題的第33屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽日前落下了帷幕。來(lái)自北京市各個(gè)區(qū)縣，以及香港特別行政區(qū)和11個(gè)國(guó)家的選手們，用他們獨(dú)到的創(chuàng)新思維，勾勒出未來(lái)“智慧生活”的圖景。

各路機(jī)器人比拼“才藝”

走進(jìn)北京青創(chuàng)大賽位于牛欄山第一中學(xué)體育館的展示場(chǎng)，機(jī)器人舵機(jī)（馬達(dá)）特有的蜂鳴聲，立刻將記者帶進(jìn)了濃郁的創(chuàng)新氛圍之中。在工程學(xué)類參賽作品展區(qū)，那些展示創(chuàng)意獨(dú)特的機(jī)器人的展臺(tái)，常常成為人氣旺盛的“熱點(diǎn)”。

“在近幾年的北京青創(chuàng)大賽上，為完成某種任務(wù)而設(shè)計(jì)的機(jī)器人，成為工程學(xué)類參賽作品中的一大亮點(diǎn)，今年也不例外。有不少選手用校園科技活動(dòng)使用的樂(lè)高機(jī)器人等器材，或者自己特別進(jìn)行設(shè)計(jì)，建造出具有獨(dú)創(chuàng)性的機(jī)器人前來(lái)參賽。很多選手的創(chuàng)意，已經(jīng)進(jìn)入到了專業(yè)科研工作者不易想到的領(lǐng)域。”來(lái)自錢(qián)學(xué)森青少年航天科學(xué)院的評(píng)委告訴記者。

持續(xù)十余年的北京青少年機(jī)器人大賽，特別是其中的“機(jī)器人創(chuàng)意”項(xiàng)目，也培養(yǎng)出了一批熱衷機(jī)器人設(shè)計(jì)、制作的青少年愛(ài)好者。

于是，在今年的青創(chuàng)大賽上，各路機(jī)器人比拼“才藝”的奇景再度上演，而且比往年更為精彩，讓前來(lái)觀看青創(chuàng)大賽的人們頗感驚奇。

由北京市第二中學(xué)分校和東城區(qū)青少年科技館的于宛禾、馮諾、杜睿琦3位同學(xué)帶來(lái)的“數(shù)字精靈”，就以“可重構(gòu)”的新奇概念，吸引了北京市科協(xié)黨組書(shū)記、常務(wù)副主席夏強(qiáng)等領(lǐng)導(dǎo)駐足觀看。

這件作品由4臺(tái)機(jī)器人和貼有黑色“線路”的專用場(chǎng)地組成。4臺(tái)機(jī)器人都頂著一塊正方形的白板，而且這些白板分別有1條、2條、3條和4條邊被貼上了黑色的邊條。當(dāng)體驗(yàn)者輸入一個(gè)英文字母的時(shí)候，這4臺(tái)機(jī)器人就會(huì)依次通過(guò)一處掃描區(qū)，以判斷自己是不是“有用之才”。而后，“用不上”的機(jī)器人會(huì)自行走到等待區(qū)，“有用”的機(jī)器人則會(huì)徑直向前，并旋轉(zhuǎn)自己攜帶的白板。兩個(gè)機(jī)器人的白板組合在一起，就能像液晶數(shù)字顯示牌那樣，拼出體驗(yàn)者指定的字符來(lái)。

如果說(shuō)“數(shù)字精靈”是一群“團(tuán)體操演員”，那么北方交通大學(xué)附屬中學(xué)的張一馳和雷清揚(yáng)帶來(lái)的“送水機(jī)器人”，則如同一位“忠實(shí)”的“仆人”。這個(gè)通體綠色的機(jī)器人頂著一個(gè)沉重的托盤(pán)，上面正好可以放下一只飲水機(jī)上使用的塑料桶。張一馳告訴記者，這臺(tái)機(jī)器人采用了三輪萬(wàn)向平臺(tái)作為底盤(pán)，也就是說(shuō)，它的底盤(pán)是正三角形的，每個(gè)角的平分線裝有一只輪子，使三個(gè)輪子呈120°角分布。機(jī)器人只需調(diào)整每個(gè)輪子的旋轉(zhuǎn)方向和速度，就有了朝任何一個(gè)方向自由移動(dòng)的能力。通過(guò)機(jī)器人身上搭載的攝像頭，它可以自行判斷出室內(nèi)的障礙物，并且繞過(guò)它們，為目標(biāo)（比如召喚機(jī)器人的居民）送去飲水或其他物品。

東道主牛欄山第一中學(xué)的作品，由何姍、馬一珺和白潤(rùn)豪完成的“八足仿生機(jī)器人”，更是將會(huì)扮演起現(xiàn)代“木牛流馬”的角色。這3位選手從家鄉(xiāng)地處京郊北部山區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，把機(jī)器人的“用武之地”設(shè)定為中國(guó)廣袤的山區(qū)，以及未來(lái)人類將要殖民的其他行星或者衛(wèi)星。這種長(zhǎng)有8條“腿”的機(jī)器人模仿了馬和螃蟹的運(yùn)動(dòng)方式，還可以通過(guò)讓一側(cè)的4條腿前進(jìn)，另一側(cè)的4條腿后退的方式，實(shí)現(xiàn)類似履帶式車(chē)輛的原地轉(zhuǎn)向。白潤(rùn)豪相信，在山地探險(xiǎn)和日后的外星勘測(cè)活動(dòng)中，這樣一種運(yùn)載平臺(tái)可以搭載大量的沉重貨物，并且跟上探險(xiǎn)者的腳步，可以有效提高科考的效率。

出奇招破解“首堵”難題

居住在北京城區(qū)的人們，常會(huì)為擁堵的交通頭痛不已。塞車(chē)不僅延長(zhǎng)了人們的出行時(shí)間，也成為空氣污染的誘因之一。因此，引導(dǎo)人們乘坐公共交通工具，或者騎車(chē)出行，就成為破解“首堵”難題的關(guān)鍵。

在今年的青創(chuàng)大賽上，旨在解決交通問(wèn)題的幾件作品也頗有亮點(diǎn)。北京市第十五中學(xué)的高源清帶來(lái)的“智能客流引導(dǎo)系統(tǒng)”，就有可能在未來(lái)成為吸引人們乘坐地鐵的因素之一。

高源清說(shuō)：“很多常坐地鐵的人都會(huì)發(fā)現(xiàn)，一列地鐵列車(chē)的某幾節(jié)車(chē)廂可能非常擁擠，而相鄰的車(chē)廂卻可能比較寬松。然而，處在最擠的車(chē)廂里的乘客，很難知曉其他車(chē)廂的情況。在幾次噩夢(mèng)般的擠車(chē)經(jīng)歷之后，他們可能就會(huì)不再喜歡地鐵。所以，我設(shè)計(jì)了這樣一套系統(tǒng)，它可以自行探測(cè)出每節(jié)車(chē)廂的擁擠程度，并用不同顏色的指示燈通知所有車(chē)廂，使乘客可以到相對(duì)不擁擠的車(chē)廂去，讓全列載客量趨于平均。”

在展示現(xiàn)場(chǎng)，高源清使用了帶有磁鐵的玩具人來(lái)表現(xiàn)乘坐地鐵的人們。受制于模型的尺寸，每節(jié)車(chē)廂只能載客5人即宣告“滿員”；只有載客量降到2人或者更少，顯示車(chē)廂不擁擠的信號(hào)燈才會(huì)亮起。他告訴記者：“在實(shí)際使用中，地鐵車(chē)輛可以使用類似電梯探測(cè)載重量那樣的壓力傳感器，或者紅外傳感器，來(lái)實(shí)時(shí)判斷車(chē)廂內(nèi)是否擁擠。”

城市公共交通系統(tǒng)當(dāng)然不只有地鐵這一種交通工具。來(lái)自北京第一七一中學(xué)和東城區(qū)青少年科技館的胡煒軒、朱翔和王亦晗，就選擇了公共汽車(chē)站牌作為他們研究的對(duì)象。這3位選手告訴記者，在公交站牌上顯示下一輛車(chē)還有多遠(yuǎn)甚至多長(zhǎng)時(shí)間到站，并不是太新鮮的技術(shù)；但是，由于城市交通難免擁堵，因此站牌給出的時(shí)間可能并不會(huì)太精確。至于沒(méi)有這些信息的站牌，更容易導(dǎo)致乘客“死等”某一路車(chē)而耽誤出行。他們研究的“智能公交站提示牌”，采取了“兩相印證”的辦法，也就是由車(chē)載讀卡器掃描各個(gè)車(chē)站上的射頻卡，以確認(rèn)公交車(chē)確實(shí)通過(guò)了某個(gè)車(chē)站；同時(shí)，公交車(chē)也會(huì)不斷將自身的位置信息發(fā)到控制中心，讓候車(chē)人知曉公交車(chē)的實(shí)際位置和運(yùn)行速度。這樣，公交站牌給出的車(chē)輛到達(dá)時(shí)間預(yù)告就會(huì)更為精確。

北京市第八中學(xué)的范佳悅、王國(guó)陽(yáng)、張紫嬈3位同學(xué)則把目光投向了中學(xué)生最常用的自行車(chē)。他們發(fā)現(xiàn)，很多人因?yàn)椴惶珪?huì)操作自行車(chē)的變速器，或者覺(jué)得它不可靠，就不敢用變速功能。于是，他們?yōu)樽孕熊?chē)設(shè)計(jì)了一套用單片機(jī)控制的自動(dòng)變速系統(tǒng)，使變速自行車(chē)可以通過(guò)坡度和速度等傳感器探測(cè)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)選擇速度不同的四個(gè)擋位中的某一個(gè)，并完成“換擋”的操作，以增加騎車(chē)出行的方便性和樂(lè)趣。這套系統(tǒng)還相當(dāng)“智能”，它可以識(shí)別急剎車(chē)和路面顛簸等情況帶來(lái)的不正常速度變化，并將這些錯(cuò)誤的信號(hào)當(dāng)作“雜音”自動(dòng)“過(guò)濾”掉，盡可能使自行車(chē)處于較佳的“擋位”。

貌似“不先進(jìn)”的“小智慧”

相比于以往運(yùn)用“高科技”的創(chuàng)新成果，在今年的青創(chuàng)大賽上，也有一些看起來(lái)不那么“先進(jìn)”的“小智慧”。它們通常來(lái)自于作者對(duì)日常生活中一些小問(wèn)題的觀察，解決方案也簡(jiǎn)潔而有效。一些服務(wù)于嬰兒的參賽作品，更因?yàn)槠渲刑N(yùn)含的對(duì)下一代的關(guān)懷而引人注目。

中國(guó)香港沙田官立中學(xué)參賽隊(duì)伍帶來(lái)的“寶命車(chē)”，雖然被安排在展示場(chǎng)的一角，但仍然吸引了不少人參觀體驗(yàn)。制作它的選手們告訴記者，無(wú)論是中國(guó)還是外國(guó)，都曾發(fā)生過(guò)多起嬰兒車(chē)被機(jī)動(dòng)車(chē)撞擊，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)嬰兒殞命的事故。這類事故的原因之一，就是某種意外導(dǎo)致推車(chē)人突然松手，使嬰兒車(chē)失控滑行到機(jī)動(dòng)車(chē)道上。在坡道比較多的山城，這類事故更是經(jīng)常發(fā)生。因此，他們?yōu)閶雰很?chē)裝上了制動(dòng)設(shè)備，并在嬰兒車(chē)扶手上安裝了感應(yīng)壓力開(kāi)關(guān)。只要推車(chē)人松開(kāi)手，車(chē)上的步進(jìn)電機(jī)就會(huì)帶動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，讓嬰兒車(chē)在不到一秒鐘的時(shí)間里停住。

北京市門(mén)頭溝區(qū)新橋路中學(xué)的郭絮，帶來(lái)了一件裝飾著卡通形象“阿貍”的看似簡(jiǎn)單的發(fā)明，“自行車(chē)伸縮后座椅”。她的發(fā)明源于她上學(xué)途中的一次經(jīng)歷。“我家離公共汽車(chē)站很遠(yuǎn)，這意味著我每天上學(xué)需要先走很長(zhǎng)的路才能坐上車(chē)。”她說(shuō)，“有一次，一位鄰居看我太累，就想騎車(chē)帶我回家。但她的自行車(chē)后架上裝有一個(gè)難以拆卸的‘寶寶椅’，我肯定坐不上去。‘寶寶椅’在生活中相當(dāng)常見(jiàn)，這就意味著很多自行車(chē)因?yàn)榘惭b它而功能受限。”

于是，郭絮決定設(shè)計(jì)一種可以伸縮的自行車(chē)后座椅。當(dāng)安全圍擋升起來(lái)的時(shí)候，它就是一個(gè)可以保證嬰兒安全的“寶寶椅”；如果需要載貨或者帶成年人，圍擋只需要幾秒鐘就可以降下來(lái)，使自行車(chē)的功能不會(huì)被一個(gè)“寶寶椅”限制住。

北京市第八中學(xué)的孫舒葦則從一條“電吹風(fēng)機(jī)是家電輻射之王”的網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道出發(fā)，萌生了制作一種電磁輻射極低的新式吹風(fēng)機(jī)的創(chuàng)意。她說(shuō)：“我發(fā)現(xiàn)，電吹風(fēng)機(jī)的輻射，主要來(lái)源于它提供熱風(fēng)的部分，也就是加熱電阻絲（電熱絲）。因此，我自制了一臺(tái)吹風(fēng)機(jī)，使用沒(méi)有輻射的電熱膜來(lái)代替會(huì)發(fā)出輻射的電熱絲。這樣的設(shè)計(jì)不僅消除了絕大部分輻射（只剩下電機(jī)的少量輻射），令出風(fēng)口的輻射幾乎可以忽略不計(jì)，而且可以使吹風(fēng)機(jī)節(jié)能三分之一左右。我自制的800瓦的吹風(fēng)機(jī)，使用性能比飛利浦公司生產(chǎn)的1200瓦的吹風(fēng)機(jī)還要略好一些。現(xiàn)在，這種低輻射的吹風(fēng)機(jī)已有企業(yè)將要投產(chǎn)。我相信，低輻射有利于使用者和家人，特別是下一代健康的特點(diǎn)，決定了這種吹風(fēng)機(jī)日后將會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。”