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說起機器人大賽,很多人都會聯想到火爆的格鬥場面和“全副武裝”的機器人,更有人會聯想起美國大片中的鐵甲機器人擂臺賽。而在現實中,機器人競賽沒有華麗火爆的場面,比拼的也不是格鬥殺敵的暴力技能,操作者也不是科學怪人或者器械狂人。
在現實中的機器人大賽裏,大家比拼的是機器人的靈活性和應用性。比賽中,機器人能像人一樣踢足球,也能替代人去完成特殊環境下的危險作業,此外,機器人不只是刻板地完成指令,還能在設計者的創意中體現出令人耳目一新的功能。
在天津,提起機器人大賽,就必須提到上海道小學,別看這支隊伍的最小成員只有小學三年級,但回顧每一年的參賽戰果,無數冠軍、金獎絕對能讓你驚歎不已。今年5月,在天津機器人競技選拔賽中,上海道小學代表隊再次奪冠。這一成績,讓代表隊領隊夏瑞倍感欣慰。
機緣巧合結識機器人
今年42歲的夏瑞老師一直從事計算機課程的教學,提起上海道小學機器人小組的成立,夏老師說這裏還有一段故事。在接觸機器人之前,上海道小學的計算機興趣培養一直是該校的一大特長。1999年,副校長帶着興趣小組的隊員到廣州參加計算機大賽,在進入賽場參觀之前,恰好看到一組學生在遙控一部像車一樣的機器人,這部神奇的機器人立即引起了大家的興趣。通過交流詢問,大家第一次知道了機器人大賽這項新生事物。在瞭解了機器人的工作原理後,校長很快意識到,這是一項集計算機和人工操控能力於一身的綜合性項目,而且在國際上早已流行起來。於是,在回到天津之後,校方立即着手設置機器人興趣小組,併爲學生們購置了設備,自此,上海道小學機器人小組正式成立。
眼下,夏瑞帶領的機器人代表隊正在爲7月舉行的中國青少年機器人競賽備戰,機器人二對二足球賽代表隊由五年級的劉玉冰和呂修雯參賽。說起這兩名小隊員,夏瑞很爲她們感到自豪,在以往的比賽中,通常會有男同學和女同學共同組隊相互配合比賽,自建組以來,這是第一次由兩名女生組隊參加全國大賽,但她們的實力卻不輸任何一屆小組隊員。夏瑞介紹說,別看劉玉冰和呂修雯都是女孩子,但兩個人從三年級就開始參加訓練,四年級結束前,劉玉冰和呂修雯分別取得了全國和天津市的機器人大賽冠軍,可謂實力超強。
機器人球賽有大學問
機器人足球比賽難道和真人比賽一樣嗎?面對這個問題,夏瑞介紹道,機器人足球賽,是二對二進行的,兩部機器人負責攻守,一般小組循環賽取前兩名進入十六強淘汰賽,經過篩選,勝一場記三分、平一場記零分,負一場減一分,決賽沒有平局,只有五分鐘加時賽,平局則計算被判出局的次數分勝負,如果還不能分出勝負,則對機器人進行稱重,重量較輕的一方獲勝。
一般來說,比賽場地全面封閉,四部機器人在長兩米寬一米五的場地內進行比賽,賽前由選手對編制的程序進行多次調試,場地內設有六個置球點,由機器人自行識別、控球,並繞過對方選手射門。比賽中,衝撞是難免的,這時就要考驗機器的穩定性,一旦機器人選手出界,就要被判罰停賽20秒,然後繼續比賽。“大賽全面封閉,教師不能給予指導,孩子們也不是自己遙控,而是編程進行調試後再進行比賽,對孩子來說,這類賽事考驗實際操作能力,也考驗他們的應變力。”夏瑞稱,足球賽中,設備的動力來源只有6節乾電池,如果器械過重,雖能保證穩定性,但勢必增加耗電量,一旦出現中場沒電的狀況,將會落入不利的境地。每一年,學生和教師都在研究如何保證機器的待機能力。雖說一部機器人看上去和一輛玩具電動車差不多,但其中蘊含的科技精髓卻深不可測。
對機器人着迷的孩子越來越多
帶隊多年,夏瑞指導過的隊員已經有數百人,到如今他都無法記清究竟有多少孩子脫穎而出。每一年,由於畢業班的孩子要兼顧學業和比賽,學校就要在孩子五年級的時候着手選拔新生力量,於是,在上海道小學,從三年級起就有學生陸續加入機器人小組。
“每年的更新人數大約都有50人,要記住所有人很難,但我知道孩子們對機器人的熱情很高。”夏瑞說,孩子各有各的優點,但對機器人的熱愛都是一樣的,只有對搭建機器、空間想象和編程着迷的孩子,才符合隊員的條件。眼下,對機器人小組感興趣的同學越來越多,甚至還有從外校慕名而來的學生想要參與其中。對此,夏瑞表示,一般來說,孩子只要對機器人有熱情,並且綜合實力符合條件,他們都希望能夠吸納到隊伍中來。上海道小學正在籌備下學期的機器人課程,夏瑞希望培養更多的機器人操作選手,在未來的比賽中取得更傲人的成績。
五問達人
城市快報(以下簡稱“快報”):機器人的構成是不是很複雜,其工作原理是什麼?
夏瑞:可以把機器人看做一個人,正常情況下,機器人具備可移動的身體結構、一部動力裝置、傳感系統、電源和一個用來控制整體的計算機。機器人的工作原理其實就是按照製造者發出的指令,去模仿行爲或者完成某些動作。機器人的操作原理,應該說既簡單也複雜,好的機器人需要高性能的處理器,也就是計算機“大腦”,其中的智能識別系統和視野識別系統都必須保證高性能,就和人類辨別自身視野內的物體一樣,能做到準確無誤,需要準確複雜的編程。
快報:據說全球的玩家高手如雲,對比實力,上海道小學機器人小組的強項是什麼?
夏瑞:機器人大賽的項目很多,從足球、體操到武術幾乎全都覆蓋過來了,整體說來,比賽的種類有65項,從運動到醫療救助,從競技到特殊作業,機器人幾乎都可以參賽。從年齡上劃分,不僅僅是少兒組,中學以及大學生隊伍也在參加這類高科技競賽,每支隊伍的實力都很強。如果非要對比,眼下上海道小學的創意項目和足球項目都相對強一些。
快報:在你的印象中,哪次比賽最難忘,哪個學生最特別?
夏瑞:國際國內的比賽參加了很多,其實每次比賽對我來說都很重要,最難忘的一次就是第十屆中國青少年機器人競賽小學組足球比賽。那次比賽我們隊參賽十幾場,一球都沒有丟,這裏面既有技術的成分,也有幸運的成分,可以說全程都很精彩,我很難忘。說到孩子,我帶過的學生太多了,每個選手都很優秀,有些孩子現在都已經上大學了。比如易江南,估計今年都上大二了,他曾經拿過全國創意大賽冠軍,作品名叫“家之未來”,我現在還保留着他小學時的照片。
快報:在選拔小組成員時,哪類學生最符合參賽要求?
夏瑞:機器人的性能決定比賽的成敗,對小選手來說,首先要具備很強的邏輯思維能力。因爲機器的運行需要編程來控制,所以編程的能力必須超常。此外,想象力和較強的動手能力也很重要,因爲在創意大賽中,只有善於創新的孩子才能發揮實力,動手能力考驗的是孩子們組裝機器並且不斷進行調試的能力,這點對於機器人在場上的靈活操作是很重要的。在選手中,男女學生的比例幾乎是各佔一半的,有時候女孩子的能力甚至比男孩子還強,女孩子很善於操作。
快報:能不能說說今年參賽選手的特長和機器人的特性?
夏瑞:前面也提過,劉玉冰和呂修雯的綜合實力都很強,而且都是女生,這種參賽組合在上海道小學還是第一次。劉玉冰的心理素質較好,比賽時能夠保證穩健的狀態,具有帶隊的能力。呂修雯在打持久賽的時候,耐力驚人,這些都是她們的強項。再說說機器人,我們小組每年都會對機器人進行更新換代,加強其反應速度、靈敏度和待機時間,可以說這些特性年年都在增強,但對手的實力也在增強,對待比賽,我們還是不能掉以輕心。
由於正在備戰即將舉行的第十二屆中國青少年機器人競賽,上海道小學的參賽機器人和戰術還屬於“機密”,不便透露。但是,我們可以通過這些圖片,對學生自己設計的機器人瞭解一二。
左上圖:學生在調試行走機器人進行直線運動。右上圖:學生研製創意行走機器人。右下圖:夏瑞老師指導學生製作機器人。
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