走近神奇的科學世界

思源

最近，喬喬木從《學與玩》小科學院的老師那里聽說，第六屆全國青年科普創新實驗暨作品大賽（以下簡稱“大賽”）十分有趣。他有些疑惑：“這個大賽是怎么回事呀？

編輯姐姐解答了他的疑惑：“大賽由中國科學技術協會主辦，和我們《學與玩》的全國中小學生繪畫書法作品比賽一樣，也是經教育部公布確定的2019年度面向中小學生開展的全國性競賽活動之一。和我們《學與玩》雜志也算很有緣了。”“真的嗎？”可樂王很感興趣地問道，“那大賽都有什么內容啊？

“本屆大賽圍繞‘智能、環保、教育三大主題，分為‘創意作品和‘科普實驗兩個單元。不僅有既實用又好玩的機器人、精美絕倫的細菌畫，選手還可以在‘風能利用和‘未來教育兩個命題下，親手做實驗。是不是很有意思？參賽者由此一定會進一步發現科學的魅力，我們一起去參觀一下吧！編輯姐姐說道。喬喬木和可樂王興奮地答應了。

智能控制

人工智能是計算機科學的一個分支，有著廣闊的前景。人們對智能控制越來越關注，因此大賽設置了這樣一個命題。你們可以通過命題下的作品簡單了解一下人工智能技術，看看如何運用人工智能技術實現自己的創意，以及人工智能技術在人們日常生活中發揮的作用。這次的選手是圍繞“創意讓生活更美好”這一主題進行設計和制作的，我們去看看那些作品，感受一下人工智能技術的神奇與它們在創造美好生活方面的作用。

編輯姐姐，人工智能是不是都是機器人啊？不全是，人工智能涵蓋的范圍很廣，除了機器人，還包括很多方面。我們去看看參賽作品就知道了。

快手魔方機器人

這個機器人看上去并不靈活，它真的能解魔方嗎？

所謂“人不可貌相”機器人也是如此。別看它外形笨拙，但它可以模仿人類雙臂和手指的動作，更快、更準、更穩定地還原魔方，你們要不要試試？

喬喬木把魔方弄亂，然后將其放到指定部位。機器人的“手指”飛快轉動，不到10秒的時間，魔方就已經復原了。可樂王把魔方弄得更亂，又試了一次，這次用時稍微長了一些但也只有10秒多一點兒。兩個人不禁目瞪口呆。

這款機器人通過攝像頭采集色塊信息，并對色塊信息進行處理，最后通過訓練特征、識別完整魔方圖像，提取出顏色信息。經過特殊算法，運用機械，最后達到還原魔方的效果。

太厲害了，這個機器人真有意思！

編輯姐姐，這個機器人好像更傾向于娛樂功能，有沒有方便人們生活的？

當然有！

物聯語音鞋管家

你們看，這是來自重慶的選手設計的智能鞋管家。

編輯姐姐，這不就是鞋柜嗎？

這可不是普通的鞋柜，它不僅可以自動擦鞋和除塵，還可以對鞋子進行除濕消毒。另外，這個鞋管家還可以用語音控制。

比如你們告訴它自己要去做什么，鞋柜會直接打開相應的柜門，并告訴你們，相應的鞋子已經為你們準備好了。此外，它還會播報天氣，告訴我們天氣情況，為我們出行的穿著提供參考。

這也太方便了吧！編輯姐姐，我可以試試嗎？得到許可后，喬喬木很興奮地跑到鞋管家面前：去運動。

鞋柜果然打開了其中的一扇柜門，還傳來了機械的聲音：込幼鞋己カ禰準蚤好。

去上班

鞋柜的另一扇柜門被打開了：皮鞋已為你準備好。

你是誰？

喬喬木本來只是想開個玩笑，誰知道，鞋柜很快回答道：我是智能鞋柜，是用MG開源語音控制板和mega2560單線機控制板聯合設計的智能機器人。我能利用語音和主人交流，并且聽從主人的指令;我能自動管理鞋柜中的空氣質量和溫濕度，防止鞋子潮濕和發霉;我還可以播報天氣情況給主人提供出行指導。

這個鞋柜也太智能了吧，幾乎所有人都可以用！

是啊，以前不是有相機被稱為“傻瓜相機嗎？這就是‘“傻瓜鞋柜”啊！

這個稱呼倒是很恰當而且，這個鞋柜還可以用手機APP（應用程序）進行遠程控制，可以說相當方便了。

編輯姐姐，還有沒有其他有趣的機器人？當然有了，我們去看那邊。

你們看這款機器人，它是基于深度學習的智能排爆無人機。

這個是用來排除炸彈的嗎？

對呀，炸彈對于人類來說，是一個很大的威脅。軍人在實彈訓練中，如果遇到未爆彈，會有生命危險;一些犯罪分子、恐怖分子如果在作案過程中用到炸彈，會嚴重危，害人民安全，妨礙社會治安。為了解決這些問題，選手們設計了這款機器人。

那這款機器人是什么原理呢？

這款機器人的功能分為識別和排爆兩部分。其中，識別部分采用基于OpenCV+TensorFlow深度學習，通過前期采集的大量未爆彈圖像數據信息，進行模型訓練。在實戰中，計算無人機傳回來的數據，定位未爆彈位置。爆破部分則基于多自由度手臂設計，進行定位爆破或采用機械臂遠程控制，達到爆破的目的。這個設計具有快速、簡單、背景誤檢率低、通用性強的優點。

太好了，這樣我們的解放軍叔叔和警察叔叔在執行任務時，就安全多了！

編輯姐姐，這個機器人大概沒辦法召回吧？是呀，這確實是一個難題。不過，隨著科技的發展，相信未來會出現召回率更高的排爆機器人。

編輯姐姐，這里的機器人太有趣了！快點兒帶我們去看看其他機器人吧。

輔助機器人

這不就是普通的自行車嗎？不對，這上面好像還有電線連著。

這輛自行車的前面還有接線板，應該是有一些特殊的功能吧。

這是選手們設計的多功能自行車輔助機器人，可以自動剎車、防止摔倒、刷卡解鎖和落鎖。值得一提的是，它還可以通過車上的陀螺儀檢測，如果靜止時間超過2分鐘，便會自動落鎖，防止被盜。

這個好適合我，我好想要這樣一輛自行車啊！

編輯姐姐，我聽說這次選手們設計的機器人好像還有一些專門幫助殘疾人的。

是呀。你們看，這是選手設計的人工智能盲人閱讀助手，它可以把普通的書本內容轉化成盲文，供盲人閱讀。還有這個智能導盲杖，它用超聲波測距，并有夜間照明提示，可以很好地規避風險。另外，如果發生意外，它可以通過對盲人倒地狀態進行檢測，并進行近端和遠端的報警求助。

這么多機器人看下來，真的能體會到智能控制給生活帶來的方便。

是呀，而且，我還發現，原來機器人不都是像人的啊！

前段時間，中國兒童中心成立了兒童人工智能教育研究院。你們可以關注一下，加強對人工智能的了解。好了，看過了“智能控制”給生活帶來的方便，我們再去看看“生物環境帶來的美吧。

生物環境

喬喬木和可樂王見到“生物環境”這個命題下的參賽作品后，被這些作品驚艷到了而最神奇的是，這些作品的原材料居然是細菌……

隨著科技的發展，人們對生物環境方面的研究逐漸加深，生命科學研究和生物技術革新充滿了不可估量的前景。你們看這些作品，有沒有覺得生命科學很有趣？相信選手們通過這些作品，也會更喜歡生命科學;而且，他們還可以運用科學知識及創新意識去發現問題、解決問題。這次大賽以培養基平板細菌畫為依托，以‘初心”為主題，選手就是根據這個命題進行創作的。

編輯姐姐，這些細菌畫的顏色是后期涂上的嗎？

樂當然不是！這些都是細菌在培養基上呈現的顏色。細菌本身是沒有顏色的，但是有些細菌可以產生色素，尤其是在培養基上，因為不同的生化反應，會使菌落產生不同的顏色。

菌落是什么？

菌落是指細菌在培養基上生長發育，形成以母細胞為中心的一團肉眼可見的、有一定形態構造等特征的子細胞集團。

是的。舉個例子，你們看這幅《雅荷》，就是利用粘質沙雷氏菌釋放紅色的靈菌素，金黃色葡萄球菌釋放金黃色色素，銅綠假單胞桿菌釋放綠色的綠膿素，這才有了你們現在看到的畫面。

喬喬木和可樂王湊近看

了看，完全不敢相信，如此漂亮的顏色，居然是細菌自2呈現的顏色。

這里的這些細菌畫，運用的都是這樣的原理，你們可以慢慢看。

自我介紹：

我的成分很復雜，且聽我一一道來。細菌：金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、海水芽孢桿菌;霉菌：黑曲霉、產黃青霉;放線菌：涇陽鏈霉菌;酵母菌：魯氏酵母。

我從望月興嘆、登月眺望、展望太虛三個階段，展示了我國的飛天夢。從古至今，人們對太空的向往從來沒有變過，這是我國人民的初心，更是無數天文學家、航天工作者的初心。

自我介紹：

我是由海水芽孢桿菌所繪，展示了京劇這一傳統戲曲文化。隨著時代的發展，京劇與人們的生活變得有些遙遠。我用簡單的顏色，描繪了京劇中的旦角，是不是很漂亮？選手們說，要通過我的美喚醒人們對戲曲的初心——傳承文化，實現夢想！

自我介紹：

我的主要成分是大腸桿菌，有沒有被嚇到？我叫鴿送和平，聽上去是不是很像“歌頌和平”？選手們懷著“和如初平戰心”的創作理念，以菌為翰墨，以皿為宣紙，創作出了我。他們借我向全世界呼喚：人類需要和平，世界需要和平！

自我介紹：

我的主要成分是大腸埃希氏菌，而且是不會致瀉的埃希氏菌哦！選手們用它繪制了我。他們選擇了西藏的特殊生物——牦牛和藏羚羊，以此表現青年人扎根西藏、艱苦奮斗、勇攀高峰的決心和毅力！另外，這兩種動物也代表了人與自然的和諧相處。

生命科學太有意思了！我第一次知道，細菌還可以作畫，而且還這么漂亮！

是呀，我也是第一次見到。以前只知道很多細菌對人有害，但也有些細菌對人有幫助。沒想到，細菌還可以制作藝術品！

編輯姐姐，我們回去以后可不可以嘗試這個細菌畫？

當然不行了。剛才可樂王也說了，很多細菌對人是有害的。選手的這些作品都有專門的老師指導，有安全保障。你們不具備這個條件，千萬不要輕易嘗試。

好遺憾啊！

你如果真的喜歡，就好好學習吧。以后，一定可以像這些哥哥姐姐一樣，畫出自己的細菌畫作品。

太好了！我一定會好好努力的。

這次比賽除了這些已經做好的作品，還有一些需要選手現場組隊、當場完成的作品。比如“智能控制”和“風”能利用”這兩個命題，都是采取半開放式的比賽方式。選手現場領取材料，再動手完成實驗，更見選手的功底。

那我們去看看吧”。

喬喬木、可樂王在編輯姐姐的帶領下，觀看了選手們的現場制作，對他們越發佩服。

編輯姐姐，那些大哥哥、大姐姐太厲害了！而且，科學太有意思了！我一定好好學習科學知識，將來像那些大哥哥、大姐姐一樣參加這個比賽！

小讀者們，看了選手這些新奇的作品，你們是不是也覺得科學很神奇、很有趣？而且，科學還可以和藝術結合，經過科學的方法，連讓人頭疼的細菌都變得可愛了。

其實，我們的生活中，到處都有科學的有趣案例。如果你有什么新奇的想法，可以請教一下老師，在保證安全的情況下，自己動手嘗試。到時候，歡迎和編輯姐姐分享你們的成果哦！

隨著科技的發展，相信科學在給我們帶來便利的同時，也可以給我們帶來更多美的享受！