科技創新從生活中來 融入生活中去

我是一個熱愛生活的人。還是小學生時，有幾件事情讓我很著迷：拆電器、看紀錄片、逛科技館。初中時，我折騰了自己的化學實驗角，幾次小爆炸還燒壞了木桌和頭發。高中后，AI 與Coding 讓我廢寢忘食，提前進入IT“民工”行列。

生活給予我科技創作的靈感

6 年級時，我突然迷上學習打乒乓球。訓練中，乒乓來去，趣味無窮，唯獨彎腰撿球讓那時微胖的我覺得有些吃力和辛苦。當時，正好趕上班主任在班級里招募學生報名參加青少年科技創新大賽，我懵懵懂懂地成為了班里唯一報名的學生，并就此和學校一同走上了科技創新之路，我人生中的第一個科技創新項目也隨之誕生——一臺撿乒乓球機器人。

撿乒乓球機器人結合了電機驅動、機械手臂、可編程Arduino 系統、超聲波障礙識別等技術手段，可在手工操作下跑起來，驗證了通過機器人自動撿乒乓球是可行的。這個初出茅廬的項目在區級和市級青少年科技創新大賽中分別獲得了區一等獎、市二等獎的成績。

此后，我幾乎每年都會參加青少年科技創新大賽、明日科技之星等活動，而且每一個項目都來源于生活，比如智能人行橫道安全控制系統、智慧私人醫生系統，以及基于AI 情緒識別的社交聊天系統等。這些課題的創意都源自對生活的細致觀察，以及對習以為常但又有改進空間的問題的積極思考。由于豐富的科技創新經歷及對于科學的熱愛，我代表學校參加了STEAM 青少年電視公開賽，和團隊一起制作冰壺發射裝置，使用裝置打旱地冰壺，并進行原理答辯，獲得了團隊一等獎。

英才計劃助我闖關升級

2022 年，經過重重考查，我被英才計劃錄取，師從上海交通大學李少遠教授，導師治學嚴謹、精益求精，每次溝通都讓我豁然開朗。2022 年3 月4日，我和導師第一次線下見面，導師讓我盡可能展示正在進行的課題及具有一定可行性的潛在課題。我首先講述了自己關于課題立項的思考，提到最近鄰居家裝修對學習的干擾，并思考是否能通過主動降噪等方式降低電鉆產生的噪聲污染，同時也和導師分享了想做一個自動撿羽毛球機器人的想法。

與導師多次深入溝通后，最終我決定選擇“基于察打一體化全智能撿羽毛球機器人的研究”作為研究課題。首先要解決的問題是設計合適的機械裝置，滿足從掃集羽毛球、撿羽毛球、整理羽毛球到羽毛球裝桶等環節。結合學校勞動與技術課上的Inventor 學習，我開始著手三維建模。通過網上購物平臺等渠道，聯系廠家，采購鋼架結構、鋁型材、PVC 管、亞克力板、麥拉片、漏斗等，甚至采用來源豐富的硬紙板代替相關板材。有了裝置，得讓小車動起來，我繼續著手設計履帶驅動裝置和小車驅動裝置，我選擇樹莓派作為主控板，STM32作為電機驅動板，采用麥克納姆輪四輪驅動，加上雷達和深度相機，小機器人就能像模像樣地跑起來了。其余撿球裝置由于時間有限，以及電腦配置不允許Inventor 流暢地建模，我只能拼一步調整一步，動用FRC 和MakeBlock 的基本結構套件搭建了一系列撿球、整球、裝球裝置。

接下來，我遇到了課題中最大的難題——讓小車智能化，這是我一直感興趣卻從未真正接觸的領域。期間，我與助教楊亞茹博士頻繁溝通想法和思路，助教平易近人，在研究過程中持續不斷地指導和鼓勵，幫助我從繁雜的研究與實踐中走出，攻克一個又一個難題。從安裝Ubuntu 和ROS 系統，到學習路徑規劃Melodic MoveBase 源碼，再到GYM 環境下的強化學習，我忙得不亦樂乎。

這個項目在AI 方面的挑戰，對我來說也是很大的。首先需要解決機器人智能大腦的整體設計，智能大腦需對羽毛球場地進行動態視頻實時掃描、識別出場地與羽毛球信息、輸出球的定位信息、環境位置建模、進行路徑規劃并多點導航、控制電機驅動等。為了加快課題研究進度，我爭取機會參加了“走進計算機世界”冬令營、青少年高校科學營，以及學校的清華人工智能班等相關學習，對Darknet 架構下的YOLO V3算法這一類圖像識別有了基本的了解，并著手應用到自己的研究項目中，實現羽毛球目標識別數據模型訓練和測試。對于路徑規劃，在嘗試了SLAM、基于模仿學習的強化學習和清華大學的Tianshou，發現太復雜之后，我參考了MoveBase 的思路，設計出了以Frozen游戲、迪杰斯特拉算法為基礎的、更簡單的路徑規劃算法。

科技創新讓生活更精彩

學校的科技輔導教師從我上高中開始，就一直深深地影響和幫助著我，我的每一個想法都能得到他的鼓勵，是我的良師益友。在項目構思階段，我們一起進行過多個項目的設想與討論，比如研究如何利用主動降噪技術減低或消除裝修噪音，利用人工智能技術實現家庭智慧陪伴機器人等。作為科技班的一員，班主任和我的同學，也為我提供了很多有益的建議和意見，有了他們的大力支持和陪伴，讓我的高中生活更加多姿多彩。參加英才計劃培養，讓我有機會向上海交通大學的教授學習，有機會參加“走進計算機世界”冬令營、青少年高校科學營、世界頂尖科學家論壇科學T大會，以及青少年國際科技交流項目冬令營等活動，讓我的科技創新成長之路精彩絕倫。

王子凌

2022 級英才計劃計算機學科學員

就讀于華東師范大學第二附屬中學，師從上海交通大學李少遠教授。完成課題“基于察打一體化全智能撿羽毛球機器人的研究”，并在年末入選2022 年中國科協青少年國際科技交流項目遴選培訓冬令營。曾多次獲得上海市青少年科技創新大賽科技創造與科技創意相關獎項，參與世界頂尖科學家論壇科學T 大會并參與交流。