時(shí)間：2022-01-30 22:10:47
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)；人工智能；智能機(jī)器人；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
智能機(jī)器人作為一個(gè)最為典型的工程系統(tǒng)對(duì)象，涵蓋了機(jī)械、電氣、信息、通訊、控制、系統(tǒng)等所有現(xiàn)代工程專業(yè)的內(nèi)容，因此機(jī)器人作為一個(gè)典型的系統(tǒng)對(duì)象，是所有創(chuàng)新工程專業(yè)教育改革的理想載體，可以貫穿工程訓(xùn)練、專業(yè)基礎(chǔ)教育和專業(yè)創(chuàng)新教育的全過程，是教學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究的最理想的平臺(tái)。智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)涉及多學(xué)科，測(cè)、控充分結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室，集各種傳感與執(zhí)行機(jī)構(gòu)于一體，又是一個(gè)測(cè)控一體化的綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
首都師范大學(xué)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是專門服務(wù)于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)和實(shí)踐的系統(tǒng)平臺(tái)，是高年級(jí)智能機(jī)器人、模式識(shí)別等專業(yè)課程的實(shí)踐創(chuàng)新基地。經(jīng)過近10年的建設(shè)發(fā)展，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)體系研究、目標(biāo)定位等方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)定位和配置
智能機(jī)器人與模式識(shí)別是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特色，其中，智能機(jī)器人重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生在智能機(jī)器人設(shè)計(jì)與開發(fā)、智能機(jī)器人傳感器技術(shù)、智能控制、多傳感器信息采集與融合等方面的實(shí)際應(yīng)用能力；模式識(shí)別是基于信號(hào)處理、人工智能、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，用機(jī)器代替人去識(shí)別和辨識(shí)客觀事物，用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動(dòng)處理和判讀的學(xué)科內(nèi)容，其相關(guān)系統(tǒng)理論和方法的研究近年來迅速發(fā)展，因此實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)主要圍繞這兩門課程的實(shí)踐教學(xué)和科研活動(dòng)展開。
實(shí)驗(yàn)室自2005年創(chuàng)建，占地面積約150m2。根據(jù)教學(xué)實(shí)踐需要，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置包括通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、小型組足球機(jī)器人、輪式智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐中級(jí)套件、示教型教學(xué)工業(yè)機(jī)器人、各種傳感器等。軟件系統(tǒng)包括Matlab、機(jī)器人編程系統(tǒng)、通用編程語言環(huán)境、模式識(shí)別工具箱等，在這些設(shè)備的基礎(chǔ)上，開展智能科學(xué)與技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)。隨著設(shè)備的老化，根據(jù)課程發(fā)展的需要，實(shí)驗(yàn)室即將購(gòu)進(jìn)人形機(jī)器人、滅火機(jī)器人、游歷機(jī)器人以及自主設(shè)計(jì)機(jī)器人的各類配件。
2 實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系
2.1 通用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系
根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)的學(xué)科特點(diǎn)，智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室提供循序漸進(jìn)的系統(tǒng)訓(xùn)練課程：初級(jí)課程、中級(jí)課程、高級(jí)課程，具體開課情況見表1。
（1）針對(duì)低年級(jí)學(xué)生的系統(tǒng)化基礎(chǔ)工程訓(xùn)練：學(xué)生可以利用該平臺(tái)，進(jìn)行學(xué)科基本能力的培養(yǎng)，包括計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)能力、開發(fā)應(yīng)用能力等；并能夠動(dòng)手組裝和調(diào)試簡(jiǎn)單電路；編寫控制軟件；獲得全方位的、系統(tǒng)化的基礎(chǔ)工程訓(xùn)練。
（2）針對(duì)中年級(jí)學(xué)生：可以利用該平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠站在系統(tǒng)的全局去看問題、分析問題和解決問題，從而更加深入地學(xué)習(xí)并實(shí)踐自動(dòng)控制、電子電路、微機(jī)原理接口技術(shù)及應(yīng)用、單片機(jī)原理與應(yīng)用等學(xué)科知識(shí)與試驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)合起來。
（3）針對(duì)高年級(jí)學(xué)生：利用該平臺(tái)，深入研究目前前沿的學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行人工智能、圖像處理、語音識(shí)別、機(jī)器人自主導(dǎo)航、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械電子學(xué)、電機(jī)拖動(dòng)、機(jī)器人學(xué)、自動(dòng)控制、數(shù)字控制、先進(jìn)控制、智能控制、傳感器、傳感器信息融合、信號(hào)處理、模式識(shí)別、人工智能、面向?qū)ο缶幊獭④浖こ獭D像處理、語音識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等多學(xué)科的研究驗(yàn)證，進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
2.2 智能機(jī)器人課程實(shí)踐教學(xué)體系
智能機(jī)器人是首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)高年級(jí)學(xué)生的重要專業(yè)課程，涉及的學(xué)科范圍包括力學(xué)、機(jī)器人拓?fù)鋵W(xué)、機(jī)械學(xué)、電子與微電子學(xué)、控制論、計(jì)算機(jī)、生物學(xué)、人工智能、系統(tǒng)工程等諸多課程，是理論性、實(shí)踐性和綜合性很強(qiáng)的課程，也是培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)械設(shè)計(jì)能力、能夠直接解決實(shí)際問題的課程。該課程授課課時(shí)為36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為36學(xué)時(shí)，達(dá)到了1：1的比例。
第一階段，教師以最為典型的能力風(fēng)暴機(jī)器人、示教—再現(xiàn)機(jī)器人為教學(xué)對(duì)象，讓學(xué)生掌握基本程序的編制，掌握電機(jī)的控制方法，掌握最簡(jiǎn)系統(tǒng)的組裝、編程、調(diào)試的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)基本系統(tǒng)的各種控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人走正方形、機(jī)器人邊唱邊跳等經(jīng)典控制項(xiàng)目，從而對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件編制以及優(yōu)化有一定的認(rèn)識(shí)。
第二階段，設(shè)計(jì)和開發(fā)自己的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，完成機(jī)器人綜合組裝、調(diào)試工作，在第一階段的基礎(chǔ)上增加一些標(biāo)準(zhǔn)傳感器知識(shí)，學(xué)生可以通過對(duì)典型傳感器，如紅外傳感器、光敏傳感器、碰撞開關(guān)、光電編碼器等使用學(xué)習(xí)，完成機(jī)器人跟人走、避障等實(shí)驗(yàn)。另外，學(xué)生熟練掌握完整智能控制系統(tǒng)的編程與應(yīng)用方法，為拓展其他各種傳感器與功能模塊的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
第三階段，學(xué)生可以在以上基礎(chǔ)上增加其他各種擴(kuò)展芯片、傳感器、大學(xué)生創(chuàng)新模塊套件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，熟練應(yīng)用不同傳感器，設(shè)計(jì)方案以及試驗(yàn)環(huán)境來實(shí)現(xiàn)不同功能，例如完成語音控制機(jī)器人小車、加工車床等試驗(yàn)。通過這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以深入掌握不同傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理與應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
第四階段，面向競(jìng)賽和學(xué)生科研課題，學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行自主創(chuàng)意或完成指定項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段，學(xué)生可以對(duì)人工智能、圖像處理、自主導(dǎo)航、遺傳算法等前沿學(xué)科進(jìn)行深入研究及驗(yàn)證，例如火星隕石標(biāo)本采集概念機(jī)器人的設(shè)計(jì)、智能圖書存取系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
2.3 模式識(shí)別課程實(shí)踐教學(xué)體系
模式識(shí)別課程是首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)高年級(jí)學(xué)生的重要專業(yè)課程，其目的是通過對(duì)模式識(shí)別基本理論、概念和方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，借助計(jì)算機(jī)解決實(shí)際工程應(yīng)用中的自動(dòng)識(shí)別問題，其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握對(duì)物體進(jìn)行分類的有關(guān)理論和方法。實(shí)驗(yàn)課是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是使學(xué)生掌握模式識(shí)別基本分類方法的算法設(shè)計(jì)及其驗(yàn)證方法。提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。本課程授課課時(shí)36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)時(shí)。
第一類實(shí)驗(yàn)是安裝并使用模式識(shí)別工具箱。本次實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解模式識(shí)別軟件的具體形態(tài)、基本設(shè)置以及運(yùn)行流程，了解基本識(shí)別方法的工作過程。
第二類實(shí)驗(yàn)使用常用分類算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，例如，貝葉斯分類算法的原理和使用、最近鄰算法的分析試驗(yàn)。
第三類實(shí)驗(yàn)為課程設(shè)計(jì)，例如用支持向量機(jī)進(jìn)行人臉識(shí)別。本次實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握支持向量機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、參數(shù)選擇與快速算法等，了解在實(shí)際分類中學(xué)習(xí)樣本庫(kù)的重要性。
3 實(shí)驗(yàn)室發(fā)展成果
3.1 提高科研水平，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室良性發(fā)展
實(shí)踐證明，科研項(xiàng)目的研究對(duì)改善學(xué)科軟硬件條件作用重大。在帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上，科研課題以優(yōu)勢(shì)、特色學(xué)科為基地，購(gòu)置大量先進(jìn)的儀器設(shè)備，構(gòu)建起堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，在完成科研任務(wù)的同時(shí)，轉(zhuǎn)化為學(xué)科教學(xué)、科研發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，為培養(yǎng)高水平本科人才提供物質(zhì)支撐。首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)先后申請(qǐng)主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目近20項(xiàng)，校級(jí)項(xiàng)目若干，發(fā)表包括SCI、EI檢索在內(nèi)的學(xué)術(shù)論文一百多篇，從而極大促進(jìn)了智能機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)期發(fā)展創(chuàng)造堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和持續(xù)的科研動(dòng)力。
3.2 開展學(xué)生科研，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)堅(jiān)持以智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室為依托，鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)、開展各級(jí)各類學(xué)生科研項(xiàng)目，進(jìn)行專業(yè)實(shí)習(xí)、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，并按照本科生的學(xué)習(xí)發(fā)展階段，為學(xué)生規(guī)劃科研申報(bào)體系，如圖1所示。
近四年來，我們積極組織學(xué)生申請(qǐng)全國(guó)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃6項(xiàng)，參與學(xué)生近30人。申請(qǐng)校級(jí)各類學(xué)生科研項(xiàng)目近20項(xiàng)，參與學(xué)生近百人。通過有組織地、循序漸進(jìn)地開展學(xué)生科研，學(xué)生極大地發(fā)揮了鉆研精神和創(chuàng)新能力。
3.3 通過學(xué)科競(jìng)賽，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐積極性
實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了一個(gè)開放的平臺(tái)，并以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科研素質(zhì)和實(shí)踐能力為目標(biāo)，為學(xué)生的成長(zhǎng)提供良好的條件。學(xué)科競(jìng)賽富有挑戰(zhàn)性、探索性和趣味性，是學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的重要手段。參賽的過程，就是學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力得到鍛煉和提升的過程。近年來，學(xué)校通過組織學(xué)生參與競(jìng)賽，先后獲得2012年全國(guó)大學(xué)生仿真比賽一等獎(jiǎng)、2011年全國(guó)大學(xué)生仿真比賽二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、歷年全國(guó)Scilab競(jìng)賽二等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)；學(xué)生設(shè)計(jì)的“火星隕石碎片采集概念機(jī)器人”“智能圖書歸還平臺(tái)”分別獲得2011年全國(guó)首屆大學(xué)生智能設(shè)計(jì)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)；學(xué)生設(shè)計(jì)的智能小車獲得2012年北京市挑戰(zhàn)杯二等獎(jiǎng)。
噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)加利福尼亞州帕薩迪納市有一個(gè)占地177英畝的園區(qū)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的機(jī)器人已經(jīng)登上了月球，發(fā)現(xiàn)了火星上曾經(jīng)有水存在(這是任何生命形式的必要前提)，并且獲得了火星的表面樣本。這些自動(dòng)機(jī)器人對(duì)于噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的種種使命而言往往至關(guān)重要，它們平均的開發(fā)周期是五年，費(fèi)用在25億美元到10億美元之間。它們能攀爬到懸崖之下，以調(diào)查星球的地層或者探測(cè)大氣中的輻射量。它們懂得如何避開巖石和洞穴，以及如何給空間站更換螺絲。它們還能忍受住極端氣溫的考驗(yàn)，以及來自塵埃惡魔的凌厲勁風(fēng)――火星上到處都有微型龍卷風(fēng)。
“噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的很多東西都史無前例。”機(jī)器人硬件系統(tǒng)小組總監(jiān)艾倫?斯洛塔(Alien Sirota)說。該小組由20人組成，是噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室旗下5000名工程師和科學(xué)家的一個(gè)分組。“一切都是新領(lǐng)域，有時(shí)你甚至不知道具體的技術(shù)是什么或者問題將會(huì)是什么。這正是我們的工作令人興奮之所在。”
噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的下一個(gè)使命，是在2011年推出火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(MSL)。這是一個(gè)9英尺長(zhǎng)、1，875磅重的機(jī)器人，主要由鋁制成，并以一個(gè)核發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。它將裝配有10種儀器，任務(wù)包括調(diào)查水圈，評(píng)估氣候，以及收集巖石樣本，這些巖石將被粉碎后分配到這個(gè)漫游者的多個(gè)測(cè)試間之中。
雖然噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的一些使命有些神秘――我們真的需要知道火星上有多少種有機(jī)碳化合物嗎?―但他們用以制造機(jī)器人的技術(shù)卻能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的用途。一個(gè)探測(cè)移動(dòng)目標(biāo)的偵察機(jī)器人可以成為一種強(qiáng)大的軍事工具，例如在步兵進(jìn)入一個(gè)房間之前先由其探測(cè)里面有沒有敵人，或者通過衛(wèi)星向基站營(yíng)地傳送信息。下面所列的機(jī)器人還可以幫助公司開發(fā)礦場(chǎng)或加速采掘過程。不過，盡管這些多才多藝的機(jī)器人能獨(dú)立完成很多事情，但如果沒有設(shè)計(jì)它們的這些工程師，它們就不會(huì)出現(xiàn)。
AXEL
這個(gè)漫游者對(duì)付陡峭的地勢(shì)很有一套，能夠攀爬到懸崖之下和探測(cè)深坑。在地球上，它甚至能幫助進(jìn)行搜救活動(dòng)。
火星漫游者(Mars Rover)
六年前推出以來，兩款這種漫游者――Spirit和Opportunity――一直在分析火星上是否有水存在的歷史。它們已經(jīng)探測(cè)了13英里，并收集了約25萬幅圖像。
跳躍者(Hopper)
這種有六條腿的跳躍精靈最初的設(shè)計(jì)目的是用來探測(cè)月球等低重力地方的。利用彈簧腿，它能夠垂直跳躍35厘米，并以60度角跳躍。
索杰納(Sojourner)
這款六輪火星漫游者以民權(quán)斗士索杰納-特魯斯(SojournerTruth)的名字命名，1997年從火星表面?zhèn)骰卮罅繑?shù)據(jù)，包括550幅圖像及對(duì)土壤和巖石的化學(xué)分析資料。
火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(MSL)
計(jì)劃于2011年秋季推出，它將評(píng)估火星是否曾經(jīng)――或者仍然――適合居住，MSL裝配有十種儀器，將能夠工作至少一個(gè)完整的火星年，即687個(gè)地球日。
攀巖者(Cliffbot)
這個(gè)四輪漫游者的樣品擁有手臂甚至關(guān)節(jié)，以幫助它攀爬高達(dá)85度的陡坡。它利用從兩個(gè)錨定機(jī)器人(anchorbots)各自的“手”中伸出的辮狀繩索攀爬懸崖。
狐猴(LEMUR)
它的名字反映了美國(guó)航天航空局對(duì)首字母縮略語的鐘愛。LEMUR代表“以肢爬行機(jī)械功能機(jī)器人”(Iimbed ex-cursion mechanical utiliy robot)，不過它被稱為“宇航員的寵物猴”，主要任務(wù)是檢查和修理太空設(shè)施。
BAT開啟機(jī)器人競(jìng)速模式
2015年我國(guó)進(jìn)入人工智能元年，自此以后，BAT等互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛踏足機(jī)器人領(lǐng)域。截至目前，BAT已相繼建立與機(jī)器人基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)有關(guān)的研發(fā)機(jī)構(gòu)。
2016年，騰訊成立AI Lab，肩負(fù)騰訊在人工智能領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用探索。目前，騰訊AI Lab擁有70多位科學(xué)家和300多位應(yīng)用工程師，研發(fā)成果已應(yīng)用在微信、QQ及天天快報(bào)等上百個(gè)產(chǎn)品。而此次機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室“Robotics X”的誕生，則意味著騰訊要在人工智能領(lǐng)域開辟一塊新的戰(zhàn)場(chǎng)。
2017年10月，阿里巴巴宣布成立“達(dá)摩院”，來進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)和顛覆式技術(shù)創(chuàng)新研究。據(jù)悉，達(dá)摩院將包括亞洲達(dá)摩院、美洲達(dá)摩院、歐洲達(dá)摩院，并在北京、杭州、新加坡、以色列、圣馬特奧、貝爾維尤、莫斯科等地設(shè)立不同研究方向的實(shí)驗(yàn)室。
就在2018年1月份，百度研究院宣布設(shè)立“商業(yè)智能實(shí)驗(yàn)室”和“機(jī)器人與自動(dòng)駕駛實(shí)驗(yàn)室”，同時(shí)，三位世界級(jí)人工智能領(lǐng)域科學(xué)家Kenneth Ward Church、浣軍、熊輝也加盟百度研究院。目前，百度研究院擁有超過2000名科學(xué)家及工程師，并建立起包括七位世界級(jí)科學(xué)家、五大實(shí)驗(yàn)室的陣容。
圖表1：BAT在機(jī)器人領(lǐng)域布局情況
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
近年來市場(chǎng)高速增長(zhǎng) 發(fā)展?jié)摿薮?/p>
當(dāng)前，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展期，2017年市場(chǎng)規(guī)模約62.8億美元，2012-2017年平均增長(zhǎng)率達(dá)到28%。
圖表2：2012-2017年我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)情況（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
其中，工業(yè)機(jī)器人連續(xù)五年成為全球第一大應(yīng)用市場(chǎng)，服務(wù)機(jī)器人需求潛力巨大，特種機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景顯著擴(kuò)展，核心零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，創(chuàng)新型企業(yè)大量涌現(xiàn)，部分技術(shù)已可形成規(guī)模化產(chǎn)品，并在某些領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。2017年，工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人市場(chǎng)主要產(chǎn)品，所占整體比重高達(dá)67.2%，市場(chǎng)規(guī)模為42.2億美元。此外，得益于互聯(lián)網(wǎng)巨頭對(duì)機(jī)器人在服務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用的投入，服務(wù)機(jī)器人所占比重也超過20%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到13.2億美元。
圖表3：2017年我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
（一）工業(yè)機(jī)器人
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展較快，約占全球市場(chǎng)份額三分之一，是全球第一大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)。2016年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人保持高速增長(zhǎng)，銷量同比增長(zhǎng)31.3%。按照應(yīng)用類型分，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的搬運(yùn)上下料機(jī)器人占比最高，達(dá)到61%；其次是裝配機(jī)器人，占比15%，高于焊接機(jī)器人占比6個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)前，我國(guó)生產(chǎn)制造智能化改造升級(jí)的需求日益凸顯，工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)需求依然旺盛，據(jù)估算2017年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量首次超過11萬臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到42.2億美元。
圖表4：2012-2017年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
圖表5：我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
在需求端，未來隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產(chǎn)方式向柔性、智能、精細(xì)轉(zhuǎn)變，構(gòu)建以智能制造為根本特征的新型制造體系迫在眉睫，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求將呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的《2018-2023年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》預(yù)測(cè)，到2023年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將翻一番，進(jìn)一步擴(kuò)大到接近80億美元。
圖表6：2018-2023年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
另外，在供給端，根據(jù)三部委的《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，到2020年，我國(guó)自主品牌工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量達(dá)到10萬臺(tái)，六軸及以上工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量達(dá)到5萬臺(tái)以上。工業(yè)機(jī)器人速度、載荷、精度、自重比等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平，平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)到8萬小時(shí)。
（二）服務(wù)機(jī)器人
我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模快速擴(kuò)大，成為機(jī)器人市場(chǎng)應(yīng)用中頗具亮點(diǎn)的領(lǐng)域。2016年，我國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到10.3億美元；據(jù)估算2017年我國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到13.2億美元，同比增長(zhǎng)約28%，高于全球服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)年均增速。其中，我國(guó)家用服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人和公共服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模分別為5.3億美元、4.1億美元和3.8億美元，家用服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)增速相對(duì)領(lǐng)先。
圖表7：我國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
截至2017年底，我國(guó)60歲以上人口已達(dá)2.41億人，占總?cè)丝诘?7.3%。老齡化社會(huì)服務(wù)、醫(yī)療康復(fù)、救災(zāi)救援、公共安全、教育娛樂、重大科學(xué)研究等領(lǐng)域?qū)Ψ?wù)機(jī)器人的需求也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，到2020年我國(guó)服務(wù)機(jī)器人年銷售收入將超過300億元，在助老助殘、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量生產(chǎn)及應(yīng)用。因此，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的《2018-2023年中國(guó)服務(wù)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》預(yù)測(cè)，我國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至66億美元。
圖表8：2012-2023年我國(guó)服務(wù)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
（三）特種機(jī)器人
當(dāng)前，我國(guó)特種機(jī)器人市場(chǎng)保持較快發(fā)展，各種類型不斷出現(xiàn)，在應(yīng)對(duì)地震、洪澇和極端天氣，以及礦難、火災(zāi)、安防等公共安全事件中，對(duì)特種機(jī)器人有著突出的需求。2016年，我國(guó)特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到6.3億美元，增速達(dá)到16.7%，略高于全球特種機(jī)器人增速。其中，軍事應(yīng)用機(jī)器人、極限作業(yè)機(jī)器人和應(yīng)急救援機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模分別為4.8億美元、1.1億美元和0.4億美元，其中極限作業(yè)機(jī)器人是增速最快的領(lǐng)域。
圖表9：我國(guó)特種機(jī)器人市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
2017年，據(jù)估算，我國(guó)特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為7.4億美元。隨著我國(guó)企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)意識(shí)的進(jìn)一步提升，將逐步使用特種機(jī)器人替代人在高危場(chǎng)所和復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。到2023年，特種機(jī)器人的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求有望達(dá)到18.7億美元。
【關(guān)鍵詞】機(jī)器人活動(dòng)；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)實(shí)施方法
0 引言
黨的十提出實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，并強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置，通過科技創(chuàng)新推動(dòng)改革。高校是科技創(chuàng)新的主陣地，大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已成為各高校教育教學(xué)的主要抓手。
機(jī)器人活動(dòng)是典型的機(jī)電一體化技術(shù)，囊括了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器、通信、人工智能等學(xué)科的尖端技術(shù)，是一門跨專業(yè)、多學(xué)科交叉且高度綜合的新興事物。它具有創(chuàng)造性、趣味性、觀賞性和對(duì)抗性等特點(diǎn)，是在學(xué)生具備基礎(chǔ)能力的前提下，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，給學(xué)生廣闊的發(fā)揮空間，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。機(jī)器人研究正處于不斷完善、不斷出新、不斷深入的動(dòng)態(tài)研究之中，這些未知領(lǐng)域也恰恰是大學(xué)生們的興趣點(diǎn)所在。
筆者于2008年開始管理、指導(dǎo)學(xué)校機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，從08年開始，連續(xù)7年參加了中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽。該項(xiàng)賽事是中國(guó)最具影響力、最權(quán)威的機(jī)器人技術(shù)大賽、學(xué)術(shù)大會(huì)和博覽盛會(huì)。7年來，我校代表隊(duì)一共獲得冠軍15項(xiàng)、亞軍12項(xiàng)、季軍7項(xiàng)。本文以實(shí)際指導(dǎo)與參賽的經(jīng)驗(yàn)，就我校新設(shè)的交通設(shè)備與控制工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行探討。
1 交通設(shè)備與控制工程專業(yè)情況
交通設(shè)備與控制工程專業(yè)為工科學(xué)科特設(shè)專業(yè)，主要培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)家交通運(yùn)輸設(shè)備現(xiàn)代化、智能交通工程建設(shè)的需要，具備交通設(shè)備、信息及控制工程方面專業(yè)知識(shí)與應(yīng)用能力，能從事交通領(lǐng)域設(shè)備研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、智能交通系統(tǒng)集成、維護(hù)、運(yùn)行管理的應(yīng)用性高級(jí)工程技術(shù)人才。目前全國(guó)僅有10所左右的高校開設(shè)了此專業(yè)。我校交通設(shè)備與控制工程專業(yè)于2011年開始招生，目前有在校生191人。作為工科專業(yè)，學(xué)院十分重視學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并將機(jī)器人活動(dòng)作為抓手，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)全面提升。
2 機(jī)器人活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的優(yōu)勢(shì)
2.1 機(jī)器人活動(dòng)營(yíng)造良好的校園科技創(chuàng)新氛圍
機(jī)器人活動(dòng)豐富了同學(xué)們的課余文化生活，培養(yǎng)了同學(xué)們科技創(chuàng)新的濃厚興趣，它作為一種參與面極廣的大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，能讓同學(xué)們將平時(shí)所學(xué)的課本理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)又?jǐn)U大了知識(shí)面。特別是校團(tuán)委每年一度的大學(xué)生科技節(jié)開幕式上的展演，把每年參加全國(guó)賽、省賽的獲獎(jiǎng)作品予以宣傳展示，邀請(qǐng)相關(guān)指導(dǎo)教師開展機(jī)器人制作系列講座，邀請(qǐng)獲獎(jiǎng)學(xué)生代表分享參賽心得等，營(yíng)造良好的校園科技學(xué)術(shù)氛圍，使得機(jī)器人活動(dòng)被廣大同學(xué)所了解、喜愛。
2.2 機(jī)器人活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
在對(duì)交通設(shè)備與控制工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)情況的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于自己所學(xué)的專業(yè)認(rèn)識(shí)迷茫，方向不清楚，自然學(xué)習(xí)的興趣不濃、動(dòng)力不足。對(duì)于開設(shè)的很多專業(yè)課程，他們并不清楚課程的重要性，更談不上靈活運(yùn)用。有些十分重要的課程同學(xué)們感覺比較枯燥無味，難以理解，無的放矢。課堂教學(xué)和固定模式的試驗(yàn)并不能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也不是很好。機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的學(xué)生普遍反映，通過機(jī)器人活動(dòng)，他們不僅鞏固了學(xué)習(xí)過的課程，而且能將所學(xué)的課程與實(shí)際運(yùn)用相結(jié)合，有助于他們理解知識(shí)點(diǎn)、掌握知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)還具備了圍繞具體的制作項(xiàng)目，搜集資料、自學(xué)新知識(shí)的技能。
2.3 機(jī)器人活動(dòng)的各項(xiàng)賽事有完整的比賽規(guī)則
中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽已成功舉辦了15屆，比賽規(guī)則完備，自始至終均保持著公平、公正的競(jìng)賽原則，除個(gè)別項(xiàng)目是通過評(píng)委打分來評(píng)判成績(jī)之外，絕大多數(shù)項(xiàng)目是通過計(jì)時(shí)、計(jì)分等方式公正客觀的來分出勝負(fù)，對(duì)于結(jié)果令人信服。在這樣一個(gè)公平公正的全國(guó)大賽的競(jìng)技場(chǎng)上，參賽學(xué)生不受任何不良因素的干擾，不存在任何找關(guān)系、開后門等社會(huì)不良風(fēng)氣，只需關(guān)注自身機(jī)器人的穩(wěn)定性，展現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)成果和創(chuàng)新做法。
3 機(jī)器人活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生多方面能力的提高
3.1 機(jī)器人活動(dòng)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力
每個(gè)機(jī)器人都是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，它既是設(shè)計(jì)出來的，更是制造出來的，好的設(shè)計(jì)不見得就是好的產(chǎn)品，一個(gè)好的產(chǎn)品既依賴于好的設(shè)計(jì)、制造，也依賴于好的項(xiàng)目管理、質(zhì)量控制等，這一切都依賴于對(duì)于過程的實(shí)踐，它需要經(jīng)驗(yàn)的積累，時(shí)間的考驗(yàn)。[1]同學(xué)們?cè)跈C(jī)器人作品的設(shè)計(jì)制作過程中，通過反復(fù)觀察、實(shí)踐、總結(jié)來掌握核心技術(shù)、解決棘手問題，為解決工程實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。
在2013年的比賽中，我們進(jìn)入決賽的一臺(tái)旅游機(jī)器人在賽前適應(yīng)場(chǎng)地的時(shí)候出現(xiàn)了問題，整臺(tái)車處于不工作的狀態(tài)，經(jīng)過隊(duì)員反復(fù)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)主控板被燒掉，更換主控板需要把整臺(tái)車全部拆掉，此時(shí)距離決賽開始還有20分鐘，除了要將另外一臺(tái)車上的主控板拆下?lián)Q掉燒壞的主控板之外，還要留有時(shí)間適應(yīng)場(chǎng)地。同學(xué)們齊心協(xié)力，拆車的拆車，焊接的焊接，編程的編程，緊張的15分鐘之后，整車裝備完畢，開始調(diào)試，最終我們獲得冠軍，同學(xué)們欣喜若狂。這與同學(xué)們?cè)谌粘?shí)際訓(xùn)練時(shí)，主動(dòng)將所學(xué)課程知識(shí)融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用，具備了一定的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力分不開。
3.2 機(jī)器人活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神
團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神是當(dāng)今社會(huì)衡量大學(xué)生個(gè)人素質(zhì)的重要因素，作為一個(gè)機(jī)器人活動(dòng)小組成員，他們來自不同的年級(jí)、不同的專業(yè)，各自的特長(zhǎng)也不盡相同，有的擅長(zhǎng)硬件制作，有的擅長(zhǎng)軟件編程，在日常的訓(xùn)練比賽中，難免會(huì)出現(xiàn)意見不統(tǒng)一，方法不一致的情況，這就更需要團(tuán)隊(duì)的相互協(xié)作、各司其職。有時(shí)我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問題之后，隊(duì)員間相互埋怨，缺乏理解、溝通，嚴(yán)重影響了機(jī)器人的創(chuàng)作進(jìn)程。經(jīng)過指導(dǎo)教師的勸解、調(diào)節(jié)，促使他們走到相互協(xié)作的軌道上來，讓同學(xué)們意識(shí)到只有團(tuán)隊(duì)合作才能順利完成設(shè)計(jì)、制作、訓(xùn)練、參賽的任務(wù)。
3.3 機(jī)器人活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的個(gè)人品質(zhì)
機(jī)器人活動(dòng)綜合了多學(xué)科的知識(shí)，在選題、策略分析、制作方案、設(shè)計(jì)加工、軟硬件設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定性方面的工作量很大。同學(xué)們圍繞核心主題各抒己見的時(shí)候，促進(jìn)了自己的語言表達(dá)能力的提高。
在前期驗(yàn)證、中期制作、后期調(diào)試等過程中，促進(jìn)了同學(xué)們思考問題、分析問題和解決問題的能力提高。
機(jī)器人調(diào)試時(shí)一個(gè)不斷完善、追求完美的過程，它與普通的課程設(shè)計(jì)不同，需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。所以同學(xué)們?cè)谶\(yùn)行調(diào)試過程中，通過反復(fù)多次的檢測(cè)、修改，努力提高機(jī)器人的性能，潛移默化地培養(yǎng)了同學(xué)們對(duì)待工作追求完美、精益求精的品質(zhì)。
機(jī)器人活動(dòng)作為一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的活動(dòng)，對(duì)于學(xué)生的動(dòng)手能力要求很高，在制作調(diào)試的過程中，一些純手工的活兒給同學(xué)們帶來了極大的挑戰(zhàn)。不論男生女生，熟練使用鋸子、手電鉆、烙鐵、鉗子等工具都是必須的，這對(duì)大多數(shù)獨(dú)生子女都是一個(gè)難得的生活體驗(yàn)。在此過程中，加班加點(diǎn)也并不稀奇，熬夜通宵更是家常便飯。調(diào)試?yán)哿耍媒o機(jī)器人充電的時(shí)候，抓緊時(shí)間休息一會(huì)兒。在比賽過程中，為了了解競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的機(jī)器人，同學(xué)們不停地觀摩、拍攝、討論，甚至通宵改進(jìn)策略。整個(gè)過程無形中培養(yǎng)了學(xué)生不畏艱難、吃苦耐勞的優(yōu)秀品質(zhì)。
4 基于機(jī)器人活動(dòng)的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法實(shí)施
4.1 創(chuàng)建專門的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
高校想要在科技竟賽中取得好成績(jī)，就必須注重人才梯隊(duì)的培養(yǎng)。而依托開放性實(shí)驗(yàn)室不失為一種行之有效的方法[2]。目前，由于學(xué)校學(xué)生人數(shù)較多，大部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室都在安排正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有的甚至從早安排到晚，無法滿足學(xué)有余力的同學(xué)開展各類科技創(chuàng)新活動(dòng)。為此，學(xué)院專門為機(jī)器人活動(dòng)創(chuàng)建了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室不承擔(dān)普通實(shí)驗(yàn)教學(xué)，全天候?yàn)闄C(jī)器人團(tuán)隊(duì)成員開放。實(shí)驗(yàn)室既是創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)及選拔的基地，同時(shí)也為指導(dǎo)教師與學(xué)生之間的溝通提供了穩(wěn)定的場(chǎng)所和條件。
我們將實(shí)驗(yàn)室劃分為制作區(qū)、訓(xùn)練區(qū)和展示區(qū)。在制作區(qū)和訓(xùn)練區(qū)內(nèi)，同學(xué)們可以放開手腳、充分發(fā)揮自身和團(tuán)隊(duì)的聰明才智，緊密圍繞中心任務(wù)動(dòng)手實(shí)踐。展示區(qū)就是機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成長(zhǎng)足跡，我們將同學(xué)們自己設(shè)計(jì)研發(fā)的機(jī)器人作品和歷年比賽的獎(jiǎng)狀、獎(jiǎng)杯、照片等按照時(shí)間順序進(jìn)行擺放展示，記錄整個(gè)團(tuán)隊(duì)成長(zhǎng)的點(diǎn)滴。我們還將實(shí)驗(yàn)室作為新生入學(xué)教育的陣地，盡早在他們心中點(diǎn)燃科技創(chuàng)新的火種。
4.2 組建機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)
在組建機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的時(shí)候，我們實(shí)行“大手拉小手、左手拉右手”的管理模式，也就是整個(gè)團(tuán)隊(duì)的梯隊(duì)式培養(yǎng)。高年級(jí)的老隊(duì)員在知識(shí)儲(chǔ)備、動(dòng)手能力、比賽經(jīng)驗(yàn)等方面有一定的積累，低年級(jí)的同學(xué)加入后，由老隊(duì)員對(duì)他們進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)和指導(dǎo)，分享自己在機(jī)器人活動(dòng)過程中所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)。即使今后老隊(duì)員們面臨著實(shí)習(xí)、就業(yè)、升學(xué)等問題，也不會(huì)影響整個(gè)團(tuán)隊(duì)的繼續(xù)發(fā)展。此外我們還根據(jù)每個(gè)隊(duì)員的特長(zhǎng)進(jìn)行合理組隊(duì)，盡量做到每個(gè)隊(duì)中都有一名有經(jīng)驗(yàn)的高年級(jí)隊(duì)員，并擔(dān)任組長(zhǎng)，帶領(lǐng)小隊(duì)員們進(jìn)行理論學(xué)習(xí)、技術(shù)攻關(guān)、參加比賽。
4.3 充分給予學(xué)生發(fā)揮的空間
學(xué)生的創(chuàng)造力是無窮無盡的，在機(jī)器人的設(shè)計(jì)制作或優(yōu)化改進(jìn)的過程中，指導(dǎo)教師給予學(xué)生充分的信任，放開手腳讓同學(xué)們自行設(shè)計(jì)、改進(jìn)。指導(dǎo)教師僅在方案制定、測(cè)試調(diào)試、策略運(yùn)用上給予指導(dǎo)和幫助，出現(xiàn)問題時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)持克服、樹立自信，鼓勵(lì)學(xué)生永不放棄、重整方案。使學(xué)生在機(jī)器人活動(dòng)中真正成為一名設(shè)計(jì)者、而不僅僅是一名操作者。
4.4 教師的指導(dǎo)要把握好
總的來說，教師的指導(dǎo)原則是“到位不越位”，做好學(xué)生的參謀，審核設(shè)計(jì)的方案，督促制作的過程，協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)的管理。教師應(yīng)當(dāng)常去創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，抓住重點(diǎn)環(huán)節(jié)，給予具體建議。由于學(xué)生在實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等方面不足，有的學(xué)生甚至還不會(huì)繪圖。在這種情況下，指導(dǎo)教師應(yīng)把機(jī)器人關(guān)鍵零部件的制作和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首位，把好重點(diǎn)關(guān)，使重點(diǎn)零部件和結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定、實(shí)用。指導(dǎo)教師還要和學(xué)生分享自己豐富的經(jīng)驗(yàn)，盡量爭(zhēng)取時(shí)間，少走彎路，提高效率。此外，指導(dǎo)教師還要深入研讀比賽規(guī)則，根據(jù)實(shí)際情況選擇機(jī)器人的制作、策略等，這個(gè)過程要給予足夠的重視。
5 總結(jié)
機(jī)器人活動(dòng)有效的激發(fā)了學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動(dòng)的熱情，有利于學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生實(shí)際分析問題、解決問題能力的提升，是大學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力培養(yǎng)的很好的切入點(diǎn)，為全面提升我校交通設(shè)備與控制工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的空間提供了很好載體和平臺(tái)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張東泉，等.以機(jī)器人大賽為載體 構(gòu)建大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練體系[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育.2011，2（4）.
[2]湯兆平.依托實(shí)驗(yàn)室加強(qiáng)大學(xué)生科技競(jìng)賽人才的培養(yǎng)[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（24）.
我離開沙發(fā)，電視自動(dòng)關(guān)閉，折疊起來。我走到門前，門自動(dòng)打開，隨后自動(dòng)關(guān)閉。我坐上我的環(huán)保節(jié)能汽車，這種汽車?yán)霉夂献饔茫仗柲茉矗罡邥r(shí)速達(dá)每小時(shí)100000公里，不用擔(dān)心這么快的時(shí)速會(huì)造成交通事故，車?yán)镉凶詣?dòng)控制裝置，遇到障礙物會(huì)減速并剎車。還可以預(yù)定目的地，電腦會(huì)自動(dòng)操縱。實(shí)驗(yàn)室到了，我下了車。乘電梯到我的辦公室，我坐在沙發(fā)上，看著視頻電視。門叮叮叮的響了，我打開視頻攝相機(jī)，看見我的機(jī)器人秘書正站在門口，我一按桌上的按鈕，門輕輕地打開了。機(jī)器人對(duì)我說：“有一位來賓想見你。”我告訴機(jī)器人讓客人到大廳等候，我隨后就到，我來到大廳，和客人寒蟬了幾句，原來客人的來意是要看我的新科研成果，我把他領(lǐng)進(jìn)我的實(shí)驗(yàn)室，我用指紋打開了門，我讓他看我的最新成果，廢氣排放過濾器。這是一種裝在汽車排氣管上的過濾裝置。它能使汽車排放出來的廢氣過濾為清新的氧氣。那人驚嘆不已。我把他領(lǐng)到另一個(gè)科研成果面前，我告訴他，這是一種裝在工廠上空的過濾器，它能將工廠上空的廢氣廢煙過濾為清香宜人的空氣。我繼續(xù)介紹著我的成果，那人大開眼界。不由得贊嘆不以。我還告訴他，這些東西都還沒有正式起用，等這些東西都用上了，城市空氣一定變的更加宜人，更加美麗！
鈴，鈴，鈴，時(shí)間鬧鐘把我叫醒，我洗嗽完畢，房子里的中央控制器已經(jīng)把早餐做好了。我吃完早餐，打開可視電視控制器，秘書滔滔不絕地匯報(bào)著今天工作安排。
我離開沙發(fā)，電視自動(dòng)關(guān)閉，折疊起來。我走到門前，門自動(dòng)打開，隨后自動(dòng)關(guān)閉。我坐上我的環(huán)保節(jié)能汽車，這種汽車?yán)霉夂献饔茫仗柲茉矗罡邥r(shí)速達(dá)每小時(shí)100000公里，不用擔(dān)心這么快的時(shí)速會(huì)造成交通事故，車?yán)镉凶詣?dòng)控制裝置，遇到障礙物會(huì)減速并剎車。還可以預(yù)定目的地，電腦會(huì)自動(dòng)操縱。實(shí)驗(yàn)室到了，我下了車。乘電梯到我的辦公室，我坐在沙發(fā)上，看著視頻電視。門叮叮叮的響了，我打開視頻攝相機(jī)，看見我的機(jī)器人秘書正站在門口，我一按桌上的按鈕，門輕輕地打開了。機(jī)器人對(duì)我說：“有一位來賓想見你。”我告訴機(jī)器人讓客人到大廳等候，我隨后就到，我來到大廳，和客人寒蟬了幾句，原來客人的來意是要看我的新科研成果，我把他領(lǐng)進(jìn)我的實(shí)驗(yàn)室，我用指紋打開了門，我讓他看我的最新成果，廢氣排放過濾器。這是一種裝在汽車排氣管上的過濾裝置。它能使汽車排放出來的廢氣過濾為清新的氧氣。那人驚嘆不已。我把他領(lǐng)到另一個(gè)科研成果面前，我告訴他，這是一種裝在工廠上空的過濾器，它能將工廠上空的廢氣廢煙過濾為清香宜人的空氣。我繼續(xù)介紹著我的成果，那人大開眼界。不由得贊嘆不以。我還告訴他，這些東西都還沒有正式起用，等這些東西都用上了，城市空氣一定變的更加宜人，更加美麗！
鈴，鈴，鈴，時(shí)間鬧鐘把我叫醒，我洗嗽完畢，房子里的中央控制器已經(jīng)把早餐做好了。我吃完早餐，打開可視電視控制器，秘書滔滔不絕地匯報(bào)著今天工作安排。
我離開沙發(fā)，電視自動(dòng)關(guān)閉，折疊起來。我走到門前，門自動(dòng)打開，隨后自動(dòng)關(guān)閉。我坐上我的環(huán)保節(jié)能汽車，這種汽車?yán)霉夂献饔茫仗柲茉矗罡邥r(shí)速達(dá)每小時(shí)100000公里，不用擔(dān)心這么快的時(shí)速會(huì)造成交通事故，車?yán)镉凶詣?dòng)控制裝置，遇到障礙物會(huì)減速并剎車。還可以預(yù)定目的地，電腦會(huì)自動(dòng)操縱。實(shí)驗(yàn)室到了，我下了車。乘電梯到我的辦公室，我坐在沙發(fā)上，看著視頻電視。門叮叮叮的響了，我打開視頻攝相機(jī)，看見我的機(jī)器人秘書正站在門口，我一按桌上的按鈕，門輕輕地打開了。機(jī)器人對(duì)我說：“有一位來賓想見你。”我告訴機(jī)器人讓客人到大廳等候，我隨后就到，我來到大廳，和客人寒蟬了幾句，原來客人的來意是要看我的新科研成果，我把他領(lǐng)進(jìn)我的實(shí)驗(yàn)室，我用指紋打開了門，我讓他看我的最新成果，廢氣排放過濾器。這是一種裝在汽車排氣管上的過濾裝置。它能使汽車排放出來的廢氣過濾為清新的氧氣。那人驚嘆不已。我把他領(lǐng)到另一個(gè)科研成果面前，我告訴他，這是一種裝在工廠上空的過濾器，它能將工廠上空的廢氣廢煙過濾為清香宜人的空氣。我繼續(xù)介紹著我的成果，那人大開眼界。不由得贊嘆不以。我還告訴他，這些東西都還沒有正式起用，等這些東西都用上了，城市空氣一定變的更加宜人，更加美麗！
這一切不是夢(mèng)，但要實(shí)現(xiàn)，還需要不懈努力呢！
關(guān)鍵詞：慧魚機(jī)器人；創(chuàng)新實(shí)踐
中圖分類號(hào)：TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.12.090
0引言
2010年7月份，國(guó)家經(jīng)過長(zhǎng)期的深入調(diào)研和分析，頒布了《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》該綱要對(duì)于高等教育的發(fā)展規(guī)劃明確了高等學(xué)校應(yīng)適應(yīng)就業(yè)市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，為國(guó)家培養(yǎng)更多的高質(zhì)量、多樣化的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。合肥學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱我校）是一所在“改革中誕生，開放中成長(zhǎng)，創(chuàng)新中發(fā)展”的地方本科院校，堅(jiān)持“地方性、應(yīng)用型、國(guó)際化”的辦學(xué)定位，借鑒德國(guó)應(yīng)用科學(xué)大學(xué)辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)關(guān)鍵要素，進(jìn)行了系統(tǒng)改革和實(shí)踐，構(gòu)建了具有鮮明特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，為區(qū)域發(fā)展培養(yǎng)了大批高素質(zhì)應(yīng)用型人才。慧魚機(jī)器人可以針對(duì)不同專業(yè)和不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)生開設(shè)有系統(tǒng)、有層次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手、分析問題和解決問題的綜合能力培養(yǎng)，以適應(yīng)我校的辦學(xué)定位。
1關(guān)于慧魚機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室
高校實(shí)驗(yàn)室是科學(xué)研究與實(shí)踐分析的基地，是高校培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的搖籃，學(xué)生可以通過一系列與理論學(xué)科相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生在鞏固理論知識(shí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和實(shí)踐操作的完美結(jié)合。源于德國(guó)的慧魚創(chuàng)意模型（又稱慧魚機(jī)器人）是一種技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，憑借其專業(yè)涉及面廣、延展兼容性強(qiáng)以及小巧輕便等顯著特點(diǎn)，很早就被引進(jìn)到中國(guó)高校的實(shí)驗(yàn)室，通過這些年的發(fā)展，慧魚機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力都具有很明顯的提升作用。而且隨著電子通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代新型科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，慧魚機(jī)器人也必將隨之具有更為廣闊的應(yīng)用空間，依然能夠在高校實(shí)驗(yàn)室課程教學(xué)中具有舉足輕重的作用。
慧魚機(jī)器人大體上可以歸納為以下幾大構(gòu)件：機(jī)械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、電子構(gòu)件以及氣動(dòng)構(gòu)件。機(jī)械構(gòu)件主要包含一些硬塑模型如齒輪鏈條、蝸輪蝸桿、導(dǎo)軌連桿等；電氣構(gòu)件主要有小巧型驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)馬達(dá)等；電子構(gòu)件主要有各類電子傳感器、限位開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、智能CPU，PLC控制板等；氣動(dòng)構(gòu)件含一些小型的空氣壓縮機(jī)，用于提供驅(qū)動(dòng)用的氣源。學(xué)生經(jīng)過對(duì)相關(guān)課題的理論分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，選取合適的構(gòu)件，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行有序的拼裝搭接，采用圖形化的PLC語言或者VB、VC等高級(jí)語言編程寫入控制器中，完成設(shè)計(jì)方案的實(shí)際模型并能夠成功運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐的交叉融合。
2慧魚機(jī)器人在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)中的用
2.1要求學(xué)生在掌握專業(yè)理論知識(shí)的前提下，以慧魚模型為平臺(tái)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力
理論成果要走入社會(huì)，進(jìn)入工廠，必須要經(jīng)得住科學(xué)實(shí)踐的證明和考驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室課程通過其直觀、清晰的教學(xué)方式，有助于學(xué)生提升和鞏固理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和了解。合肥學(xué)院機(jī)械系自從引進(jìn)德國(guó)慧魚公司的“慧魚創(chuàng)意組合模型”之后，很快便建立了機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。其主要目的是讓學(xué)生在掌握機(jī)械專業(yè)理論知識(shí)的前提下，以慧魚模型為平臺(tái)，把已學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)實(shí)踐化、扎實(shí)化，并注入創(chuàng)新活動(dòng)的基本技法，進(jìn)而將創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法滲透到實(shí)踐活動(dòng)中去。例如先通過理論知識(shí)學(xué)習(xí)機(jī)械自動(dòng)化原理、機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械創(chuàng)新等課程，然后通過慧魚模型在實(shí)踐中使學(xué)生對(duì)典型的工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，制造過程有一個(gè)基本的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，通過結(jié)合典型產(chǎn)品的制造加工過程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本操作技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，實(shí)踐創(chuàng)新精神和解決問題的能力，并為今后從事制造和設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。在整個(gè)慧魚模型實(shí)踐過程中我們可以了解現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)先進(jìn)制造技術(shù)，要求學(xué)生必須具有工程意識(shí)和綜合設(shè)計(jì)能力；熟悉有關(guān)的工程術(shù)語，了解生產(chǎn)中的主要技術(shù)文件及生產(chǎn)組織管理方式；要求學(xué)生具有創(chuàng)新能力，能夠利用慧魚模型進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新實(shí)踐。學(xué)生通過反復(fù)構(gòu)思、反復(fù)設(shè)計(jì)、反復(fù)拆裝，利用一切可行方法進(jìn)行創(chuàng)新，不斷地試錯(cuò)和思維探索，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到不斷的啟發(fā)，創(chuàng)新能力也得到極大的提高，從而更有利于適應(yīng)社會(huì)創(chuàng)新型復(fù)合型人才的需求。
2.2在慧魚模型的平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新
慧魚創(chuàng)意組合模型需要科學(xué)的拼接方式，并具有良好的拓展性，各高校實(shí)驗(yàn)室不斷開發(fā)出了一系列的慧魚工業(yè)模型產(chǎn)品，例如智能物流機(jī)器人，智能拆卸機(jī)器人、智能洗車系統(tǒng)、自由度機(jī)械手、智能硬幣分離系統(tǒng)、包裹翻轉(zhuǎn)機(jī)、智能綜合倉(cāng)儲(chǔ)加工系統(tǒng)等經(jīng)典模型。它巧妙的利用若干種類的慧魚標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件和良好的兼容性和拓展性，精確、生動(dòng)的模擬了各種復(fù)雜的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備和流水線，這些工業(yè)系統(tǒng)可以用于學(xué)生在大學(xué)期間進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生第二課堂等實(shí)踐活動(dòng)，在慧魚模型的平臺(tái)基礎(chǔ)上學(xué)生能夠自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)習(xí)、自主實(shí)踐創(chuàng)新。
2.3通過參加全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽使學(xué)生在知識(shí)綜合應(yīng)用能力、工程意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面得到鍛煉
自2004年開始舉辦至今的全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽是國(guó)內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)效果顯著的大學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目之一。該創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽吸引了包括清華、北大、浙大等一流名校在內(nèi)的全國(guó)各大高校喜歡思考和動(dòng)手操作的學(xué)生們積極的投入?yún)⑴c，鍛煉了當(dāng)今學(xué)子們親自動(dòng)手創(chuàng)作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作配合能力和綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，為優(yōu)秀人才的培養(yǎng)提供了廣闊的平臺(tái)。
我校是從2008年開始參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，參加比賽近十年，不僅豐富了學(xué)生的課外生活，而且提高了他們的專業(yè)素養(yǎng)，鍛煉了學(xué)生各方面能力。全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新大賽分為實(shí)物組和慧魚組兩個(gè)組別，分別進(jìn)行選拔，按一定比例進(jìn)入全國(guó)總決賽。本屆比賽我校有3件作品參加了全國(guó)過機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組的比賽，其中“高效硬幣分離機(jī)”作品獲得一等獎(jiǎng)，“全能包裝機(jī)”和“硬幣分離專家”獲得二等獎(jiǎng)。實(shí)物組也有3件作品進(jìn)入了參加了安徽省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽比賽，其中“硬幣清點(diǎn)包裝一體機(jī)”作品獲得安徽省一等獎(jiǎng)，并進(jìn)入全國(guó)總決賽獲得了國(guó)賽一等獎(jiǎng)。該作品融合了慧魚組“高效硬幣分離機(jī)”和“全能包裝機(jī)”機(jī)械和電子的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。我校自2007年以來也一直舉辦每年一次的校級(jí)機(jī)械創(chuàng)新大賽，今年正在舉辦第十屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，在這次的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中，學(xué)生先進(jìn)行初期的作品設(shè)計(jì)，進(jìn)行各種方案的論證，在比賽后期的選拔中計(jì)劃以慧魚實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，利用慧魚模型來驗(yàn)證各種方案和設(shè)想，經(jīng)過多次的實(shí)踐和修改，最終拿出一個(gè)最優(yōu)作品。
每一個(gè)作品都是從方案的提出到設(shè)計(jì)完成，從模型的初步搭建到不斷改建，從改進(jìn)型的模型到系統(tǒng)方案的更新設(shè)計(jì)，這是一個(gè)不斷循環(huán)反復(fù)的過程，每一步都能感受到學(xué)生不斷思索，不斷創(chuàng)新的積極意識(shí)和思想。慧魚模型的智趣性和易于操作性充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生們的主觀能動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的原動(dòng)力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
3慧魚機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐研究
按照學(xué)院的辦學(xué)定位和市場(chǎng)需求，在人才培養(yǎng)模式和課程體系設(shè)置等方面，不斷進(jìn)行改革和創(chuàng)新，在注重基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)口徑的同時(shí)，強(qiáng)化專業(yè)能力培養(yǎng)，尤其重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，逐步形成了自己的專業(yè)特色。慧魚模型匯聚了工程實(shí)踐中各種典型的模型，是集教學(xué)、實(shí)踐、研究、比賽于一體的綜合平臺(tái)。它對(duì)課程體系的實(shí)踐效應(yīng)如圖1。
參考文獻(xiàn)
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沙漠、北極,哪兒沒人去哪兒
還別說,地球上類似火星環(huán)境的地方還有好幾個(gè)。人類建立的第一個(gè)火星模擬基地就在美國(guó)西部猶他州的沙漠深處。這里寸草不生,到處都是紅色的巨大巖石,地形和火星上非常相似。說是基地,其實(shí)就是個(gè)兩層樓高的小建筑。一樓堆放著各種科學(xué)儀器和太空服,二樓是宿舍,墻上貼滿了火星地圖和工作人員的日志。
而地處北極圈的另一個(gè)模擬基地――德文島基地也差不離。那里氣候極度寒冷和干燥,地面是起伏不平的巖石、谷地,還有忽來忽往的極地風(fēng)暴,太空輻射穿透稀薄的大氣層直抵地面。地獄般的環(huán)境讓?shí)u上沒有任何植物生存,但要和火星比,那里幾乎能算得上是“天堂”了,沒辦法,這已經(jīng)是人類能找到的最惡劣的地方了,所以,人們?cè)谀抢镉龅降睦щy將來都要被放大,才能應(yīng)對(duì)艱險(xiǎn)的火星之旅。
德文島上還有一個(gè)著名的“霍頓沖擊坑”,那是2300萬年前一個(gè)大隕石撞擊地球砸出來的。通過對(duì)隕石坑的研究,科學(xué)家就能找到研究火星上隕石坑的辦法,要知道,火星上密密麻麻地遍布隕石坑呢!
地球上的“火星生活”
“火星基地”里的未來宇航員們都是年輕人,他們的隊(duì)長(zhǎng)是一名23歲的大學(xué)生,看!比你大不了多少嘛。他們?cè)诨乩锏蒙钜粋€(gè)月,一切行動(dòng)都得嚴(yán)格模擬火星上的情況:火星上的氧氣含量比地球低200倍,平均氣溫更是低至零下53℃,要是不穿太空服,要么沒法呼吸,要么凍僵,馬上就得小命玩完,所以在戶外的時(shí)時(shí)刻刻,他們都得穿上厚厚的太空服,戴上頭盔,干起活來笨拙的像只大企鵝,就連他們和“地球總部”的無線電通信也得嚴(yán)格模擬火星上的情況。要知道,地球到火星太遠(yuǎn)了,無線電信號(hào)以光速也要走10分鐘左右,所以,一來一回得20分鐘,你說的每句話,都得等20分鐘后才能收到答復(fù)。要是性子急,或者遇上危險(xiǎn)情況那才夠嗆!
高科技的體力活
“火星人”每天都穿著太空服在德文島或猶他州荒蕪的土地上進(jìn)行繁重的工作。他們要鉆取土壤和巖石樣本,研究水流對(duì)地面的作用,總共有8類科學(xué)試驗(yàn)要做。
他們還建造了一個(gè)“火星溫室”,研究植物在火星環(huán)境下怎樣生長(zhǎng),要是這試驗(yàn)成功了,將來火星移民就能在火星上種糧種菜了,要是靠從地球往過運(yùn),光這運(yùn)費(fèi)也沒哪個(gè)國(guó)家承擔(dān)得起。這些平時(shí)看起來很輕松的事兒卻因?yàn)榇┲鴰资Э酥氐挠詈椒兂闪思兇獾捏w力活。過度緊張的實(shí)驗(yàn)工作給未來的“火星人”帶來了巨大的心理壓力,他們每天工作15個(gè)小時(shí),已經(jīng)達(dá)到了身體的極限,晚上卻只能睡在像火車臥鋪一樣狹小的三層床上。看來,這宇航員的確不是誰都能當(dāng)?shù)摹?/p>
機(jī)器人也得來訓(xùn)練
不久的將來,當(dāng)載人飛船經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半年多的太空旅行到達(dá)火星后,宇航員要面對(duì)各種危險(xiǎn):極度寒冷、毒氣、缺氧、有害的宇宙射線、強(qiáng)大的火星沙塵暴。要是有聰明能干的機(jī)器人幫忙,事情就好辦多了。沒錯(cuò)兒,火星機(jī)器人也是“火星基地”的重要成員,它們是機(jī)器人中的“宇航員”。
這個(gè)圓身子的家伙很像一個(gè)人在攀巖,沒錯(cuò),它的名字叫“攀巖者”。顧名思義,它的機(jī)械手能像人手一樣“抓”住巖石的棱角,它能攀爬幾乎垂直的巖壁,甚至能在光滑的鏡子表面爬行。
這個(gè)涂上藍(lán)色條紋的家伙叫“快速眼”,是第一個(gè)登上火星的無人機(jī)。飛,自然優(yōu)勢(shì)多多,它才不用管你地形多復(fù)雜呢,火星車們只能探測(cè)小范圍的土地,火星無人機(jī)卻能勘測(cè)大面積的火星表層。它不必登陸火星,而是以560千米/小時(shí)的速度在火星上空1500米的高度上飛行,航程高達(dá)680千米。它“看到”的一切都會(huì)通過火星衛(wèi)星同步傳回地球。萬一飛機(jī)遭遇意外,也不用擔(dān)心,它會(huì)在火星上迫降。可惜的是,火星上可沒有機(jī)場(chǎng)給它“加油”,一旦能量用盡,它的壽命也就到頭了。火星無人機(jī)的訓(xùn)練基地也是德文島。
現(xiàn)在,史上身價(jià)最高,動(dòng)力最強(qiáng),性能最先進(jìn)的機(jī)器人――“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”登場(chǎng)了。既然號(hào)稱“實(shí)驗(yàn)室”,隨身帶的儀器自然不少,什么立體相機(jī)、激光鉆頭,應(yīng)有盡有。“實(shí)驗(yàn)室”的體重高達(dá)3.5噸,比兩輛小汽車還重,一般的太陽能電池可帶不動(dòng)它,所以,它采用核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī),使用的燃料是放射性金屬钚,钚可是用來造原子彈的東西哦～
這位六只腳的家伙名叫“全地形六腿宇宙探險(xiǎn)者”,簡(jiǎn)稱“運(yùn)動(dòng)員”。它是在“攀巖者”的基礎(chǔ)上改造成的,不過它的本領(lǐng)比“攀巖者”強(qiáng)得多,它能在火星或者月球表面運(yùn)送人員和重裝備。這位“運(yùn)動(dòng)員”大約一人高,寬達(dá)4米,而真正要上火星的“運(yùn)動(dòng)員”會(huì)是它的兩倍大。它的移動(dòng)速度是以前的火星車“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)”的100倍!
睢,這是兩個(gè)“運(yùn)動(dòng)員”扛著貨艙在前進(jìn)。地面平坦時(shí),它們用輪子前進(jìn),遇見障礙物時(shí)就抬起腿來跨過去。在它們的每條腿里都安裝著立體全景攝像機(jī),所有的圖像都會(huì)顯示在屏幕上,幫助它們識(shí)別障礙物。它們還會(huì)分身術(shù),每一個(gè)都可以拆分成兩個(gè)3條腿的“運(yùn)動(dòng)員”,甚至還能和別的外星探測(cè)器對(duì)接到一塊兒。
【尾聲】熱鬧吧?盡管真正移民到火星可能還得上千年,可準(zhǔn)備工作早都展開了,地球上的“火星基地”雖然個(gè)個(gè)荒無人煙,可科學(xué)家和機(jī)器人們卻都干得熱火朝天。據(jù)說再過20年,人類宇航員就能登上火星插旗子了,那時(shí)候你正當(dāng)壯年哦,如果有宇航員夢(mèng),現(xiàn)在就要開始努力啦!
火星車的越野本事再?gòu)?qiáng),它也不會(huì)爬山。而火星上遍布高大的巖石和高聳的峭壁,以往的火星車們只好望山興嘆了。現(xiàn)在,科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了“登山者”火星探險(xiǎn)機(jī)器人。“登山者”可以像登山運(yùn)動(dòng)員那樣攀登懸崖峭壁,它甚至還會(huì)“索降”技術(shù):將一根強(qiáng)化的魚線栓在懸崖頂部的巖石上,自己順著魚線沿著幾乎垂直的陡崖下降、拍照、取巖土樣本。這不,這位“登山者”正和負(fù)責(zé)操控它的宇航員一起在北極的“火星基地”協(xié)同訓(xùn)練呢。
這一對(duì)機(jī)器人叫“機(jī)器人工作者”,它們最大的特點(diǎn)是可以協(xié)作干活兒,別的機(jī)器人都是單打獨(dú)斗,而它們卻如孿生兄弟一樣,心有靈犀能和對(duì)方默契合作。它們能“抬”起2.5米長(zhǎng)的東西,比如抬著金屬器材移動(dòng)50米。有了這哥倆,搬東西、搭架子的活兒就不用愁了。
巧戲荊軻
我把時(shí)間定格在秦朝，并且去了荊軻的家，準(zhǔn)備找他“比試比試”。
荊軻果然在家里習(xí)劍，我迎上去，直截了當(dāng)?shù)貙?duì)他說：“荊軻先生，我這里有個(gè)兄弟想與你比比武，你看行嗎?”荊軻奇怪地看著我：“你是何方人士?既然想與我切磋技藝，那就請(qǐng)便吧!”我拉過一個(gè)和真人差不多大的仿真智能機(jī)器人，通上電，將他推給荊軻，說：“就是這位了，你們比比準(zhǔn)的劍法高，比賽中刺死對(duì)方一概不負(fù)責(zé)，行嗎?”他猶豫了一會(huì)，說：“行，立個(gè)生死狀吧。”很快，一張生死狀立好了，比武正式開始。
“我先出招!”荊軻語畢，手握一把雪亮的青劍，在空中舞了一通之后直刺向機(jī)器人。這把劍真是削鐵如泥呀，“撲”的一下，劍很輕松地了金屬機(jī)器人的胸膛。“我贏了!哇啊啊……”荊軻話才說了一半，就大聲慘叫，把劍扔到一邊，咚的一聲倒在了地上，全身抽搐。這時(shí)，機(jī)器人突然發(fā)出嘀嘀聲，報(bào)告我出現(xiàn)故障。我這才明白過來，荊軻觸電了!原來此劍是用純青的生鐵打造而成的，屬于導(dǎo)體。要知道，這個(gè)機(jī)器人電池里的電壓相當(dāng)于家庭電路電壓的二倍!我去看了看荊軻，他已經(jīng)氣絕身亡了。我把機(jī)器人電源開關(guān)斷開，拍了拍他的肩膀：“哥兒們，干得好!”又轉(zhuǎn)頭對(duì)著荊軻說了一句：“笨蛋，你上當(dāng)了!”接著，我?guī)е@個(gè)嚴(yán)重?fù)p壞的機(jī)器人揚(yáng)長(zhǎng)而去。
時(shí)遷
輸給保險(xiǎn)柜
據(jù)說宋朝有個(gè)神偷名叫時(shí)遷，我這就去會(huì)會(huì)他，給他出道難題。
時(shí)光機(jī)一轉(zhuǎn)，我又出現(xiàn)在了梁山好漢的英雄時(shí)代!時(shí)遷估計(jì)還在午睡呢，正好去找他。我來到了他家，叫醒他：“時(shí)遷呀，聽說你偷東西很厲害，你能幫我把這個(gè)箱子里的東西取出來嗎?”
我給他一個(gè)保險(xiǎn)柜，“不就是一個(gè)鐵柜子嗎，小菜一碟!”時(shí)遷馬上湊近保險(xiǎn)柜的鎖眼，想研究研究。“請(qǐng)輸密碼”，真人自動(dòng)提示音響了，卻給了時(shí)遷一個(gè)靈感，這個(gè)靈感可真夠天才的。原來他靈機(jī)一動(dòng)，把自己家里養(yǎng)的馬牽來，讓馬對(duì)著箱子亂踢一通，還嘿嘿傻笑著說：“要用‘馬’啊，怎么不早說?我家的馬力氣最大了。”我差點(diǎn)一頭撞死，他以為密碼是什么馬呢! 看來只能我動(dòng)手了，我噼噼啪啪輸了幾個(gè)密碼，箱子打開了，把一旁的時(shí)遷看得目瞪口呆。趁他愣著，我趕緊把他的錢包扔進(jìn)保險(xiǎn)柜，關(guān)上了柜門。哈哈，我沒有告訴他保險(xiǎn)柜怎么開，這個(gè)傻子就等著干著急吧!我又該走了，這次去外國(guó)玩玩，順便看望一下幾個(gè)外國(guó)名人。
和阿基米德較真
“給我一個(gè)支點(diǎn)，我能夠撬起地球。”我在古希臘找到了這句豪言壯語的主人，并想在這句話上和他較較真。
我在街上找到了他，并說明了來意。他搖搖頭：“真理永遠(yuǎn)是真理，不要說了。”嘿，這小老頭還真倔!不行，我一定得讓你知道誰才是真理的持有者。“好，你說吧，如果你真的能我的論證。”他慢悠悠地說。我馬上翻出自己的知識(shí)：“假如說你能找到這么一個(gè)支點(diǎn)，那么這根撬棍該有多長(zhǎng)?假設(shè)要使地球撬起一厘米，那么另一端的動(dòng)力臂該壓下多少米甚至是多少光年?還有地球的重量你算過嗎?假設(shè)你以一分鐘十厘米的速度連續(xù)不斷壓下動(dòng)力臂，你要用幾億億年的時(shí)間才可以完成!如果你用光的速度連續(xù)不斷壓下動(dòng)力臂，那你也需要幾萬年的時(shí)間。所以，你要對(duì)你說的話負(fù)責(zé)!”我長(zhǎng)舒一口氣，沒想到我蠻聰明的嘛，呵呵。再看看阿基米德這小老頭，他已經(jīng)口吐白沫，不省人事了。莫非是突發(fā)急病?還是被我說暈了?我趕緊去扶起他，就在這時(shí)，他緩緩地蘇醒了，斷斷續(xù)續(xù)地說：“我……我服了，你……是對(duì)的……啊!”說完閉上了眼睛，與世長(zhǎng)辭。我一時(shí)慌了神，我竟把世界著名的科學(xué)家殺死了?天!這可不是件小事，快逃吧!
我不要掃廁所
我回到了科技大樓的辦公室，打開了電視機(jī)，并準(zhǔn)備開一瓶飲料。咦，起子拿在手里，我怎么不會(huì)使用了?我可是個(gè)物理學(xué)家，怎么不會(huì)開瓶子了呢?一切都悄然地發(fā)生了變化，世界像是變了個(gè)樣。怪不得，原來我把杠桿原理的發(fā)現(xiàn)者――阿基米德給弄死了，現(xiàn)在世界少了杠桿原理，當(dāng)然變了許多。
一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，我就感到了一種不尋常的氣息。是K博士來了，他看起來很生氣：“說，你是不是拿我的時(shí)光機(jī)玩了?快點(diǎn)交出來!”“是……”我不敢舀他。“啊――我的智能機(jī)器人!小H，你給我出來!”“我的保險(xiǎn)柜怎么也不見了?是不是你干的?”機(jī)器人專家I博士和經(jīng)濟(jì)學(xué)家j博士不知從哪里冒出來，I博士手里還拿著那個(gè)被荊軻刺了一劍的機(jī)器人。
“我殺了你!”三個(gè)人的怒吼差點(diǎn)震碎科技大樓的玻璃。慘，那個(gè)智能機(jī)器人可是小I的寶貝，而且那個(gè)保險(xiǎn)柜是J博士剛從美國(guó)買的，我要有殺身之禍了!
未來的我
光陰似箭，日月如梭。到了2020年，我成為了一名發(fā)明家。我發(fā)明了許多東西，其中有一種叫“ZHF先鋒”的汽車，我每天都開這種汽車上班。
有一天，我被我的機(jī)器人保姆叫醒了，它是我發(fā)明之一。她是多功能的機(jī)器人，能做很多事情，我吃完早餐，就去上班了。我走出門，我看見了“ZHF先鋒”。我的機(jī)器人保姆幫我打開車門，開車的是一個(gè)機(jī)器人司機(jī)，他負(fù)責(zé)開車，我的研究實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)。而我的家在中國(guó)，我每天都在這兩個(gè)城市奔波。我們有時(shí)是走海路，有時(shí)是飛在天空，有時(shí)還遁地。（因?yàn)槲野l(fā)明的“ZHF先鋒”是上天下地過海無所不能的。）今天我們選擇了遁地，一下子我的眼前一片黑暗，過了一會(huì)，車燈亮了，我也看見了。過了20分鐘我們到了我的實(shí)驗(yàn)室。
我的實(shí)驗(yàn)室是一座摩天大樓。是有1000層的樓，我進(jìn)了大門有十幾個(gè)機(jī)器人保安在此站崗，只有我的命令他們才能讓人進(jìn)來。除了這里的保安。每層都有100個(gè)機(jī)器人保安。（因?yàn)槲疫@棟大樓有非常重要的發(fā)明和機(jī)密，為了安全不得不這樣）我走到電梯，直上1000層我的發(fā)明屋。過了一秒，到了1000層。這是世界上最快的電梯，我發(fā)明的，我已經(jīng)申請(qǐng)了專利。到了發(fā)明屋，首先是大門，這是驗(yàn)指紋的，如果錯(cuò)了，就會(huì)被紫外線射死，幾千只激光槍掃死。進(jìn)了大門，是一顆大樹，這棵樹不是一般的樹是可以治洪水的大樹。只要它種在發(fā)洪水的地方，他就會(huì)馬上長(zhǎng)成一棵參天大樹。把洪水吸光，把洪水存在樹中，然后轉(zhuǎn)換成我們喝的礦泉水。為世界造出更多的水。……
還有一種芯片是我最新發(fā)明，還在測(cè)試中。它是一種記憶芯片，它能為人類提高記憶，一下子能記下9999999999個(gè)單詞，而且是永不忘記的，是考試必備和白領(lǐng)必有。想知道它是怎樣為人類提高記憶嗎？
你們知道蜜蜂是這樣采花蜜的嗎？
蜜蜂晚上大約80％的時(shí)間在睡覺，白天也常常飛回蜂房，讓翅膀垂下來歇 。
蜜蜂學(xué)東西很快，它擁有5個(gè)記憶階段。像其它動(dòng)物一樣，蜜蜂學(xué)東西建立在回報(bào)模式的基礎(chǔ)上。他說，“如果蜜蜂因某一行為得到了一次酬勞，它會(huì)記住一個(gè)星期。如果因同一種行為得到過3次酬勞，它這輩子都不會(huì)忘了”。
分子生物學(xué)已經(jīng)證明，蜜蜂身上除了通常的短期、中期和長(zhǎng)期記憶階段外，還有早期和晚期記憶階段。這表明，蜜蜂身上的許多分子演變過程與大型動(dòng)物相似。人們已經(jīng)在蜜蜂腦部神經(jīng)網(wǎng)中找到了與這些記憶階段相對(duì)應(yīng)的控制區(qū)域。
憑著出色的記憶，蜜蜂可以區(qū)分許多顏色圖案和香味。實(shí)驗(yàn)證明，蜜蜂可以從50種甚至更多的氣味中準(zhǔn)確地嗅出要找的那一種。
這就是未來的我！
關(guān)鍵詞：送餐服務(wù)；點(diǎn)/送餐；迎賓；娛樂
送餐機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，只要是服務(wù)行業(yè)都可以使用它，譬如在學(xué)校、醫(yī)院、餐廳等地方，都可以使用它來替代服務(wù)人員為顧客服務(wù)，大大滿足人們對(duì)快捷服務(wù)的需求。目前設(shè)計(jì)點(diǎn)餐，送餐、迎賓、娛樂等功能的一款送餐服務(wù)機(jī)器人，不但能提高服務(wù)效率，減少服務(wù)人員數(shù)量，更能建立餐廳特色，打造餐廳品牌，進(jìn)而提升餐廳的業(yè)績(jī)。
1 總體設(shè)計(jì)方案
送餐機(jī)器人總共分為三個(gè)模式狀態(tài)，根據(jù)用戶的選擇，可以對(duì)三種模式進(jìn)行切換，以下是對(duì)三種模式的描述。
模式一：點(diǎn)餐/送餐模式，一方面通過機(jī)器人攜帶觸摸屏顯示，向顧客呈現(xiàn)當(dāng)前的菜單以及打折信息。另一方面通過手機(jī)或者按鍵模塊控制機(jī)器人移動(dòng)，通過巡線傳感器、紅外線傳感器以及行走電機(jī)使機(jī)器人按照規(guī)定的行進(jìn)路線前進(jìn)，使機(jī)器人順利到達(dá)對(duì)應(yīng)的餐桌位置。
模式二：迎賓模式設(shè)計(jì)，當(dāng)用戶選擇迎賓模式時(shí)，則送餐機(jī)器人自動(dòng)通過循跡走到相應(yīng)的迎賓位置，并通過監(jiān)測(cè)當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)則機(jī)器人發(fā)出聲音。
模式三：娛樂模式設(shè)計(jì)，包括播放音樂、動(dòng)作表演等。
設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)（STC89C51RC）為主要控制電路，配有各式傳感器、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互、界面顯示等模塊。同時(shí)采用藍(lán)牙模塊配合手機(jī)使其創(chuàng)建鏈接，從而使手機(jī)通過藍(lán)牙模塊向單片機(jī)發(fā)送指令，人們可以通過手機(jī)藍(lán)牙執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成送餐、點(diǎn)餐、娛樂等功能。如圖1所示。
2 機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)器人設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行行走路線的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一條主干道，在主干道上增加幾條分支用來工位的設(shè)置。UG設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
3 機(jī)器人系統(tǒng)測(cè)試
對(duì)于送餐機(jī)器人來說，行走路線的測(cè)試尤為重要，通過紅外線對(duì)黑標(biāo)的色差識(shí)別，來達(dá)到巡線的目的，在機(jī)器人行走過程中，當(dāng)機(jī)器人朝左偏時(shí)，則左電機(jī)速度提高，右電機(jī)速度下降。當(dāng)機(jī)器人朝右偏時(shí)，右電機(jī)速度提高，左電機(jī)下降，使得機(jī)器人會(huì)走線。加工設(shè)計(jì)的機(jī)器人如圖3所示。
送餐機(jī)器人的使用讓服務(wù)行業(yè)的發(fā)展得到了更快的發(fā)展，會(huì)代替人力在餐飲業(yè)做到主導(dǎo)作用，這樣大大降低了人力成本，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不錯(cuò)的前景，未來將是機(jī)器人的時(shí)代，高科技的時(shí)代。
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夢(mèng)想成真
馬特·金看上去不太像一個(gè)發(fā)明家。他身材魁梧，肌肉結(jié)實(shí)，發(fā)型狂野，是澳大利亞一名橄欖球運(yùn)動(dòng)員，同時(shí)也是英國(guó)首家裝配實(shí)驗(yàn)室一顆冉冉升起的明星。
他的發(fā)明創(chuàng)想源自幾年前一場(chǎng)家庭板球比賽。他的妹妹嫌老式木質(zhì)板球拍用起來太費(fèi)勁，于是改用網(wǎng)球拍打板球。馬特受到啟發(fā)：何不做一只有球拍線的板球拍？他把這個(gè)想法告訴朋友，遭到一片奚落。
2010年在英國(guó)切爾西比賽時(shí)，他所在俱樂部老板對(duì)馬特的球拍“狂想”頗有興趣。他介紹馬特到新開張的曼徹斯特裝配實(shí)驗(yàn)室，那里有各種高技術(shù)制造工具。6個(gè)月后，一種繃著球拍線的塑料板球拍問世。去年，僅澳大利亞一地就售出1萬只這樣的球拍。
裝配實(shí)驗(yàn)室2005年創(chuàng)建于美國(guó)波士頓，創(chuàng)始人是麻省理工學(xué)院物理教授內(nèi)爾·格申菲爾德，初衷是讓任何有創(chuàng)意的人有機(jī)會(huì)將夢(mèng)想變成實(shí)物。如今，全球已有35家連鎖實(shí)驗(yàn)室，從冰島到阿富汗。
曼徹斯特裝配實(shí)驗(yàn)室的墻壁上裝有一個(gè)大屏幕，實(shí)時(shí)播放世界各地實(shí)驗(yàn)室里正在開展的項(xiàng)目，以隨時(shí)分享好創(chuàng)意。經(jīng)理海登·英斯利說，實(shí)驗(yàn)室讓人們相信，發(fā)明不只屬于科學(xué)狂人，也屬于普通百姓。
英斯利是一名物理教授，早年組建過搖滾樂隊(duì)。他對(duì)自己管理的實(shí)驗(yàn)室感到驕傲，這里有價(jià)值10萬英鎊的儀器設(shè)備，包括制作電路板和電腦芯片的機(jī)器；由電腦操控的大型電鋸，可以精確到亞毫米；還有一臺(tái)激光切割機(jī)，可以切割木材和布料，并將設(shè)計(jì)圖案印在這些材質(zhì)上。“只要按一下打印鍵，就一切搞定，”英斯利說。
樸實(shí)創(chuàng)意
除馬特的網(wǎng)線板球拍外，曼徹斯特實(shí)驗(yàn)室還誕生了不少新鮮樸實(shí)的發(fā)明。
13歲的塔伊布·謝赫有一個(gè)殘疾弟弟，他參加了一個(gè)年輕人護(hù)理團(tuán)隊(duì)，并接受一項(xiàng)任務(wù)：為殘疾兒童設(shè)計(jì)一件作品。一次令他心有余悸的看牙經(jīng)歷后，他冒出一個(gè)想法：制作一把裝有MP3音樂播放器的牙刷，幫助孩子喜歡上刷牙。
“我酷愛音樂，也特別希望有一口好牙，”謝赫說“有機(jī)會(huì)制作這樣一件作品實(shí)在美妙。”
來自坎布里亞郡29歲的漢娜·斯圖爾特想知道如何制作電路板，于是參加了實(shí)驗(yàn)室舉辦的一個(gè)為期20周的教學(xué)計(jì)劃“如何制作一切”，學(xué)費(fèi)為3200英鎊，總部的格申菲爾德教授每周通過視頻會(huì)議向世界各地的學(xué)員講授課程。
每位學(xué)員都要有自己的作品。漢娜的想法是制作一把裝有內(nèi)置音頻系統(tǒng)的雨傘，每到一處景點(diǎn)，可以自動(dòng)播放該景點(diǎn)的講解“這會(huì)非常實(shí)用”。她甚至考慮在家鄉(xiāng)卡萊爾建一間類似實(shí)驗(yàn)室。
年近六旬的戴維·福漢·貝利的妻子是電臺(tái)知名制作人，這些年來，他一直默默做著妻子背后的男人，專職在家?guī)Ш⒆印Ｈ缃瘢Ｍ叱銎拮拥年幱啊Ｋ矚g變魔術(shù)，來到實(shí)驗(yàn)室后的第一個(gè)作品是為自己的魔術(shù)表演制作一個(gè)電子操控人偶。他說：“實(shí)驗(yàn)室的理念令人興奮，曾經(jīng)以為個(gè)人無能為力的事，如今可以牢牢掌控。”
實(shí)驗(yàn)室常客戴維·巴克利是一名中年工程師，曾為博物館和倫敦西區(qū)展覽制作過各種機(jī)器人和電動(dòng)寵物。他曾做過一個(gè)機(jī)器人，有點(diǎn)像英國(guó)著名科幻電視劇《神秘博士》中的機(jī)器人戴立克，雙腿可遙控，深受女性喜愛。受此啟發(fā)，他又做了一個(gè)迷你機(jī)器人班比諾，成本只有20英鎊，可供小孩探索、玩耍。
走向市場(chǎng)
拉塞爾·克利夫頓想做一個(gè)可以背在肩上的新型童車。他希望在曼徹斯特實(shí)驗(yàn)室里完成這件作品，但又有些猶豫，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的理念是“共享”，一旦你走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，就意味著你不再獨(dú)享某個(gè)好點(diǎn)子，需與其他人分享。
“你失去了知識(shí)產(chǎn)權(quán)，任何大公司都可以汲取點(diǎn)子精華，并申請(qǐng)專利，”克里夫說。在他看來，這是實(shí)驗(yàn)室理念上最根本的缺陷。
不過，英斯利認(rèn)為這個(gè)問題很好解決：“如果你想免費(fèi)使用實(shí)驗(yàn)室，就請(qǐng)分享創(chuàng)意；如果想保守秘密，就請(qǐng)付費(fèi)使用。這筆收入將用于支撐實(shí)驗(yàn)室里其他免費(fèi)服務(wù)。”
英國(guó)商務(wù)大臣文思·凱布爾今年3月訪問實(shí)驗(yàn)室時(shí)，強(qiáng)調(diào)需大力培養(yǎng)人才，因?yàn)樗麄兊南敕ㄗ罱K會(huì)變成實(shí)實(shí)在在的企業(yè)，促進(jìn)英國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，慈善機(jī)構(gòu)制造學(xué)會(huì)每年資助實(shí)驗(yàn)室25萬英鎊。
迄今，除馬特的網(wǎng)線板球拍外，曼徹斯特實(shí)驗(yàn)室真正走向市場(chǎng)的發(fā)明屈指可數(shù)。盡管如此，英國(guó)著名設(shè)計(jì)師詹姆斯·戴森仍對(duì)實(shí)驗(yàn)室贊不絕口：“裝配實(shí)驗(yàn)室提供了實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)造的機(jī)會(huì)，把學(xué)校、企業(yè)和社區(qū)結(jié)合在一起，讓每個(gè)人有機(jī)會(huì)說‘這東西是我造的’，并且解決了每天困擾他們的問題。”
英斯利說，實(shí)驗(yàn)室的主要意義在于“概念的證明”，證明想法切實(shí)可行。目前有幾十家公司在與實(shí)驗(yàn)室接觸，有興趣生產(chǎn)那些原創(chuàng)產(chǎn)品。至于是哪些產(chǎn)品，英斯利表示是商業(yè)機(jī)密。
國(guó)際合作
由于實(shí)驗(yàn)室奉行“分享”理念，散落在世界各地的連鎖實(shí)驗(yàn)室之間有廣泛合作。
2008年12月，冰島軟件開發(fā)商斯馬力·麥肯錫在阿富汗東部城市賈拉拉巴德一家醫(yī)院里，利用當(dāng)?shù)貙?shí)驗(yàn)室一臺(tái)舊電視機(jī)天線，為這座城市建立了一個(gè)無線上網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
令人驚訝的是，這個(gè)項(xiàng)目并未受到的阻撓“他們可能會(huì)感到煩惱，因?yàn)槲覀儙砹酥R(shí)，鼓勵(lì)女孩上學(xué)，但他們對(duì)此無計(jì)可施，”馬肯錫說。這個(gè)項(xiàng)目得到來自歐洲、非洲和美國(guó)實(shí)驗(yàn)室的幫助。
荷蘭阿姆斯特丹實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理阿歷克斯·紹布驚詫于印度尼西亞假肢的昂貴，一只假腿售價(jià)高達(dá)3700歐元。他決定采用印尼盛產(chǎn)的竹子為原料，替代昂貴的鋁，使成本降低至50美元。由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)室擁有同樣設(shè)備，阿歷克斯的設(shè)計(jì)可以在印尼實(shí)驗(yàn)室復(fù)制。
“我們的期望是，到今年夏天，實(shí)驗(yàn)室每天可以幫助兩名患者。他們?cè)缟蟻恚挛绫憧梢宰约鹤咧x開。”紹布說。
西班牙巴塞羅那的“野心”更大，打算在全市每個(gè)區(qū)成立一個(gè)裝配實(shí)驗(yàn)室，用于開發(fā)制作個(gè)性化產(chǎn)品。該市市長(zhǎng)在競(jìng)選時(shí)承諾，要把巴塞羅那打造成第一座“裝配城市”。
太陽能技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，在城市中的應(yīng)用也日漸廣泛，但是能自然地融入城市，成為一道亮麗的風(fēng)景，還不多見。
夜幕降臨，五光十色的路燈和霓虹燈照亮了整座城市；而白天，它們則悄無聲息地淹沒在樹木和喧囂中。國(guó)外設(shè)計(jì)師受到啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一系列不同形狀的太陽能發(fā)光樹，取名uTrec Urban Photovoltaic Tree。
這些太陽能發(fā)光樹采用現(xiàn)成的太陽能發(fā)電板，模擬自然狀態(tài)的樹木形狀，有根部、有枝椏、有樹葉，它白天采光、儲(chǔ)存電能，晚上發(fā)出幽幽光芒，照亮城市。
這種樹不用澆水、不用剪裁，可以自給自足，而且可以衍生為廣告牌、交通紅綠燈、溫度訊、指示牌、時(shí)鐘等多種用途，甚至還能提供公共WiFi，或者相互連接起來為車站、博物館等公共設(shè)施提供電力。
前景
城市園林現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)熱門行業(yè)，從中誕生了很多上市公司。如何能讓建筑既環(huán)保又綠色，還能和城市融為一體呢？太陽能發(fā)光樹提供了一個(gè)很好的概念。
手機(jī)監(jiān)測(cè)河流污染
技術(shù)
安卓系統(tǒng)是開源的，因此任何人都能合法地利用其強(qiáng)大的功能，比如說監(jiān)測(cè)河流污染問題。
加利福尼亞大學(xué)近日啟動(dòng)了一項(xiàng)名叫“The Floatingsensor Project”的工程，目的是以第三方的角度研究監(jiān)測(cè)污染對(duì)河流的影響。研究者將100多個(gè)裝有移動(dòng)傳感器和檢測(cè)裝置的設(shè)備放入加利福尼亞最長(zhǎng)的河流Sacramento河，傳感器隨著河水移動(dòng)，并且能夠發(fā)送移動(dòng)信號(hào)，因此可以很容易地自動(dòng)收集相關(guān)信息，比如廢水、油污等污染在河流中擴(kuò)散的情況。
整個(gè)傳感器內(nèi)置了防水的充電電源，特別附帶了一個(gè)有GPS功能的Android智能手機(jī)，奧妙就在這里：通過手機(jī)上的軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)，并隨同位置信息發(fā)送給研究者的電腦。當(dāng)然，手機(jī)也是防水的。
前景
據(jù)悉整套傳感器僅花費(fèi)了幾千美元，遠(yuǎn)比官方復(fù)雜的設(shè)備和流程要簡(jiǎn)單、方便、成本低。重要的是，任何個(gè)人都可以藉此獲得真實(shí)的第一手材料，研究者甚至希望該設(shè)備能成為未來美國(guó)甚至全球鑒定污染的標(biāo)準(zhǔn)工具。
電路自我修復(fù)
技術(shù)
你還記得《終結(jié)者2》里那個(gè)會(huì)自我修復(fù)的液態(tài)金屬AT1000嗎？現(xiàn)在，我們又向這個(gè)世界邁進(jìn)了一步。美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種電子電路，當(dāng)電路斷裂時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，恢復(fù)斷裂電路的導(dǎo)電性。
研究人員將直徑10微米的微膠囊沿著電路長(zhǎng)度緊密排布，每個(gè)微膠囊里裝滿了鎵銦合金的液態(tài)金屬。一旦電路中出現(xiàn)裂縫，微膠囊就會(huì)釋放液態(tài)金屬，填充電路縫隙，恢復(fù)99%的導(dǎo)電性，使電路重新暢通。這項(xiàng)技術(shù)也可以應(yīng)用于多層印刷電路板（PCB）上。不過，這項(xiàng)技術(shù)目前還不完美，膠囊開裂的可能性為90%，而且自我修復(fù)系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間也只有數(shù)個(gè)微秒。
應(yīng)用
在航空航天或重工業(yè)等工作環(huán)境惡劣的領(lǐng)域，設(shè)備運(yùn)行疲勞或出現(xiàn)裂紋是不可避免的，查找和修復(fù)故障既費(fèi)時(shí)又昂貴。這種技術(shù)使得人們不需要查明故障位置，而讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。對(duì)于普通消費(fèi)者來說，摔懷的便攜式設(shè)備和電池可以在這種微膠囊的幫助下實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，從而提高設(shè)備的壽命和安全性，減少零配件的更換率，有利于減少有毒廢物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
柔性機(jī)器人
技術(shù)
在你心目中，機(jī)器人是否還是那種機(jī)械、呆板、龐然大物的形象呢？柔性機(jī)器人或許會(huì)改變你的看法。美國(guó)哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種柔性機(jī)器人，這種機(jī)器人能夠爬行、改變步態(tài)，并能擠過障礙物。
研究人員喬治·M·懷特賽茲及其同事受到烏賊和海星等軟骨骼生物的啟發(fā)，使用柔軟而富有彈性的聚合物制造了一個(gè)四足機(jī)器人，能夠爬行和起伏運(yùn)動(dòng)。這個(gè)機(jī)器人的每條腿都能夠獨(dú)立控制，通過一系列的低壓通道由空氣壓縮驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人能夠穿過大多數(shù)障礙路徑，并在1分鐘以內(nèi)的時(shí)間里通過執(zhí)行一組協(xié)調(diào)性的運(yùn)動(dòng)從障礙物間擠過。
應(yīng)用
傳統(tǒng)的機(jī)器人往往使用輪子和剛性金屬零件來制造，這些機(jī)器人往往笨重而又昂貴，能執(zhí)行的動(dòng)作類型有限，且無法通過特殊的地形。柔性機(jī)器人能夠?qū)⒑?jiǎn)單的設(shè)計(jì)和復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，與金屬機(jī)器人相比，更不易受到機(jī)械損害，也能夠克服傳統(tǒng)機(jī)器人的一些應(yīng)用限制。
每秒拍攝5000億幀照片
技術(shù)
高速攝影技術(shù)歷來是攝影愛好者們的最愛，科學(xué)家們則在不斷地追求極限。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室的攝影文化研究團(tuán)隊(duì)與該校化學(xué)學(xué)院的巴文迪實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)出一種新的成像系統(tǒng)一“飛秒”攝影技術(shù)。
這種成像系統(tǒng)在每秒內(nèi)可拍攝5000億幀照片，曝光時(shí)間短達(dá)1.7皮秒（1皮秒等于一萬億分之一秒）。如此快的攝影速度，足以拍攝光在一升容量瓶子中飛行的慢動(dòng)作。這種攝影技術(shù)綜合運(yùn)用了飛秒激光、皮秒精度檢測(cè)以及數(shù)學(xué)重建等技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)。
