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厉害了!痴迷机器人的“学霸”们

在智能机器人研发领域,科学家有个设想:2050年,将举办一届别出心裁的足球世界杯,让人类的冠军队和智能机器人进行一场脑力和体力的“人机对抗”,这将要求智能机器人不仅像阿尔法狗一样有人的思维,还要动起来,能捕捉球、控制球、传球给队友……为了实现这个大胆的设想,除了机器人领域的科技人员在一代代努力着,甚至一些在校读书的“小孩儿”也在朝着这个目标奋力奔跑。

男生堆儿里的“马尾辫儿”

11月18日上午,太阳没有出来,灰蒙蒙一片,天气显得有些阴冷,但在东四环北工大的奥林匹克体育馆内却热火朝天,人大附中、四中、北方交大附中等全市250所学校的1900多名中小学生,正在这里参加“第五届北京市学生机器人智能大赛”。现场分成五个赛区,分别进行着“VEX机器人工程挑战赛”、“人形机器人控球对抗赛”、“机器人工程挑战赛”、“FLL机器人挑战赛”和“FTC机器人工程挑战赛”五个项目的比赛,学生在辅导员的指导下为机器人进行设计、搭建、编程,来解决现实世界中的问题。这次大赛以“激情创造、挑战未来”为主题,目标直接与科学家2050年的设想相呼应,同时也充分展示了科技创新教育从娃娃抓起的大赛初衷。

从南门步入奥林匹克体育馆内,一眼望去,齐刷刷身着各色校服的男生中,身材纤秀、留着马尾辫的刘思悦很是显眼,毕竟参加这项抽象、复杂活动的女孩儿太少了。刘思悦是北方交大附中的初二学生,也是学校“思源智控”机器人社团的成员,她和队友参加的项目是“VEX机器人工程挑战赛”。

这项比赛今年的主题是“星光璀璨”:在一块20平方米左右的场地上,被1尺多高的网隔成两部分。现场4支队,临时两两结盟,各站一边,每边的场地上各有2个自制机器人、几个方形沙包块和若干不规则的海绵星星。比赛开始后,双方控制自己的机器人把方块和星星互投到对方场地,2分钟内,自己场地的方块和星星少的一方获胜。

比赛开始后,刘思悦聚精会神地操作着遥控器,一边抓紧时间把己方的方块和星星投向对方场地;一边还要躲闪对方机器人的阻拦。刘思悦操作的机器人是她所在的小组花费2个月左右的时间制作的。做机器人分硬件和软件两部分,硬件就是搭建机器,软件就是写程序。在小组内,根据任务,大家一起讨论、一起搭建,在硬件做完后,写的程序再应用在软件上。由于她心细、有耐心,主要负责机器人的搭建。

刘思悦他们搭建的机器人是钢结构的,需要C形钢、角铁、万向轮、螺丝钉、螺管、电机、齿轮等,搭建下来,对于一个女孩子来说很不容易。但刘思悦说,因为喜欢,所以觉得很有趣。受家长影响,从小学开始,刘思悦就和别的小姑娘不一样,不喜欢唱歌、跳舞、弹琴,而是对“单片机”(一种简单的科技项目)情有独钟。上了北方交大附中后,又迷上了机器人,加入了学校的机器人社团。尽管50多名团员中只有3名女生,刘思悦也不介意。她说,她只看重做的是不是自己喜欢的事儿;自己做的东西,能不能做好,而对于有没有女同伴,是不是比赛能拿奖,她都不在意。因为她的执着和简单,有同学评价她的这种思维方式,有点儿“理工男”。

放弃名校的“另类高中生”

和刘思悦同一小组参赛的队长叫韩宇轩,是北方交大附中的高二学生。他在这个小组里主要负责编程。

韩宇轩介绍,在这个比赛中,自制的机器人的能力非常重要。机器人的机械臂就像一个夹子,它越能有力地夹住方块和星星,获胜的几率就越大。

机械臂主要靠程序控制,这也是韩宇轩最感兴趣的部分。比如机械臂抬起来后,受重力影响容易掉下来,怎么才能确保不出现这种状况呢?在北方交大的师兄郎广智指导下,他们在程序上运作一种自动控制原理上的算法,可以把机械臂锁死。“这种算法叫pid算法,p是比例,i是积分,是大学学习的知识,但我们已经提前学习并且应用了。”说起这些,韩宇轩很有成就感。

说起韩宇轩对机器人的喜爱,他的辅导老师非常感慨:“韩宇轩从小学就接触机器人,初中上的是知名的市重点中学,但这所中学没有机器人课外班,他就到外面机构上机器人课。初三的时候,他的成绩非常好,本来可以考本校的,但他表示,选择高中只有一个要求——就是要有机器人社团。所以,韩宇轩最终选择了北方交大附中。”

“这个孩子,以后肯定是这个圈里的人。”他的辅导老师肯定地说。韩宇轩自己也说,他的人生方向已经确定,就是自动化控制,为此他正在抓紧时间学英语,希望以后有机会能到国外去学习,去国际知名的大企业去锻炼。

坚持9年的“双料班干部”

在北方交大附中“思源智控”机器人社团中,高二男生王获麟不仅是这个社团的社长,还是他们班的班长。作为“双料班干部”,他不仅学习成绩优秀,在机器人“业务”方面,也让同学们折服。

王获麟从小学二年级就开始在中国儿童中心学习乐高机器人,至今已经有9年“学龄”,要说9年能坚持下来,非常不容易。他说,他自己都没想到能坚持这么久。从第一眼看到这些机器结构很感兴趣,到逐渐有感觉,到现在简直停不下来,不知不觉,9年就过去了。王获麟学习机器人的热情非常高,没事儿的时候,他就在学校的机器人实验室里待着,“待着就高兴。”

9年时间里,王获麟参加的国内各种机器人大赛已经数不清,拿的奖也不计其数,但这些都没在他心里留下什么过多痕迹,反而对那些挫折记忆犹新。“去年,我们团队5个人,一边讨论,一边设计结构,一边写程序,兴致勃勃、费心费力两个月,做出来一个机器人,不知什么原因不能用,情绪真是一落千丈,但眼看要比赛了,没办法,我们又重新赶工,彻头彻尾重做了一个相对简单的机器人,当时那种郁闷,现在想起来还很懊恼。”

但这个挫折和他经历的一次心理上的“炼狱”相比已经不算什么。“高一下学期,我得了肺炎,好长时间没有训练,在团队里作用不大,得不到大家认可,自己也有些迷茫,想过放弃,但到最后,我还是挺过来了。”说到“挺”字时,王获麟加重了语气。之所以记得这些挫折,王获麟说:“这是我这么多年坚持下来的真正原因,只有经历了那种难受,还舍不得放下,说明机器人是自己的真爱。”

在这次机器人大赛中,王获麟所在小组参加的是“FTC机器人工程挑战赛”,这个赛事是平衡车的发明人迪恩卡门的公司主导的,每队各自组装一部机器人,在比赛现场临时和其他队结成盟友,去执行一个个任务,比如把瑜伽球放在固定位置等。在比赛中,王获麟很享受和队友们拼搏的过程,对比赛结果也不在意。“这是这些孩子们很可贵的地方。这个赛场就是一个平台,孩子们在比赛中,重过程、重创新、重学习,但不一味追求结果,这也是科技人求真、务实精神的体现。”这次大赛的总裁判长祖浩东老师说。

在现场,可以看到,这些孩子的作品,在机器人大咖眼里可能还很幼稚。可当你看到他们聚精会神地投入、执着地坚持,谁又能说他们的作品不会成为“爱因斯坦”的第一个小板凳呢?

对此,祖老师充满信心:“在我的课程中,有一节课叫 4秒钟的小车 ,这是一个创造性、开放性的课。提供你4秒钟的能源,以小组为单位,用智能化设备,做一个小车,看谁跑得远。看着简单,但里面蕴含着丰富的知识,涉及电学、力学、摩擦、惯性、加速度等内容。比如选车轮,轮子太大,转不动;轮子太小,跑不远;第一节课的时候,同学们做的小车最多能跑1米,但现在最高记录已经达到14米,可见孩子们的创造力有多强。”

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