時間：2022-01-30 22:10:47
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇機器人實驗室，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
智能機器人作為一個最為典型的工程系統對象，涵蓋了機械、電氣、信息、通訊、控制、系統等所有現代工程專業的內容，因此機器人作為一個典型的系統對象，是所有創新工程專業教育改革的理想載體，可以貫穿工程訓練、專業基礎教育和專業創新教育的全過程，是教學實驗和研究的最理想的平臺。智能機器人實驗室是一個涉及多學科，測、控充分結合的實驗室，集各種傳感與執行機構于一體，又是一個測控一體化的綜合實驗對象。
首都師范大學智能機器人實驗室是專門服務于智能科學與技術專業本科教學和實踐的系統平臺，是高年級智能機器人、模式識別等專業課程的實踐創新基地。經過近10年的建設發展，我們在實驗室建設、實驗體系研究、目標定位等方面積累了一定的經驗。
1 實驗室建設定位和配置
智能機器人與模式識別是智能科學與技術專業的特色，其中，智能機器人重點培養學生在智能機器人設計與開發、智能機器人傳感器技術、智能控制、多傳感器信息采集與融合等方面的實際應用能力；模式識別是基于信號處理、人工智能、計算機等技術，用機器代替人去識別和辨識客觀事物，用數學技術方法來研究模式的自動處理和判讀的學科內容，其相關系統理論和方法的研究近年來迅速發展，因此實驗室的建設主要圍繞這兩門課程的實踐教學和科研活動展開。
實驗室自2005年創建，占地面積約150m2。根據教學實踐需要，實驗室設備配置包括通用計算機系統、小型組足球機器人、輪式智能移動機器人平臺、大學生創新實踐中級套件、示教型教學工業機器人、各種傳感器等。軟件系統包括Matlab、機器人編程系統、通用編程語言環境、模式識別工具箱等，在這些設備的基礎上，開展智能科學與技術的實踐教學。隨著設備的老化，根據課程發展的需要，實驗室即將購進人形機器人、滅火機器人、游歷機器人以及自主設計機器人的各類配件。
2 實驗室創新實驗體系
2.1 通用創新實驗體系
根據智能科學與技術的學科特點，智能機器人實驗室提供循序漸進的系統訓練課程：初級課程、中級課程、高級課程，具體開課情況見表1。
（1）針對低年級學生的系統化基礎工程訓練：學生可以利用該平臺，進行學科基本能力的培養，包括計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計能力、開發應用能力等；并能夠動手組裝和調試簡單電路；編寫控制軟件；獲得全方位的、系統化的基礎工程訓練。
（2）針對中年級學生：可以利用該平臺，進行系統能力的培養，要求學生能夠站在系統的全局去看問題、分析問題和解決問題，從而更加深入地學習并實踐自動控制、電子電路、微機原理接口技術及應用、單片機原理與應用等學科知識與試驗學習結合起來。
（3）針對高年級學生：利用該平臺，深入研究目前前沿的學科知識，進行人工智能、圖像處理、語音識別、機器人自主導航、運動控制、機械設計、機械電子學、電機拖動、機器人學、自動控制、數字控制、先進控制、智能控制、傳感器、傳感器信息融合、信號處理、模式識別、人工智能、面向對象編程、軟件工程、圖像處理、語音識別、神經網絡、遺傳算法等多學科的研究驗證，進行創新能力培養。
2.2 智能機器人課程實踐教學體系
智能機器人是首都師范大學智能科學與技術高年級學生的重要專業課程，涉及的學科范圍包括力學、機器人拓撲學、機械學、電子與微電子學、控制論、計算機、生物學、人工智能、系統工程等諸多課程，是理論性、實踐性和綜合性很強的課程，也是培養學生具有機械設計能力、能夠直接解決實際問題的課程。該課程授課課時為36學時，實驗課時為36學時，達到了1：1的比例。
第一階段，教師以最為典型的能力風暴機器人、示教—再現機器人為教學對象，讓學生掌握基本程序的編制，掌握電機的控制方法，掌握最簡系統的組裝、編程、調試的方法，能夠實現基本系統的各種控制，實現機器人走正方形、機器人邊唱邊跳等經典控制項目，從而對機構設計、軟件編制以及優化有一定的認識。
第二階段，設計和開發自己的機器人運動機構，完成機器人綜合組裝、調試工作，在第一階段的基礎上增加一些標準傳感器知識，學生可以通過對典型傳感器，如紅外傳感器、光敏傳感器、碰撞開關、光電編碼器等使用學習，完成機器人跟人走、避障等實驗。另外，學生熟練掌握完整智能控制系統的編程與應用方法，為拓展其他各種傳感器與功能模塊的應用打下基礎。
第三階段，學生可以在以上基礎上增加其他各種擴展芯片、傳感器、大學生創新模塊套件及執行機構，熟練應用不同傳感器，設計方案以及試驗環境來實現不同功能，例如完成語音控制機器人小車、加工車床等試驗。通過這個環節，學生可以深入掌握不同傳感器及執行機構的工作原理與應用方法，培養學生解決實際問題的能力。
第四階段，面向競賽和學生科研課題，學生獨立進行自主創意或完成指定項目的設計。在這個階段，學生可以對人工智能、圖像處理、自主導航、遺傳算法等前沿學科進行深入研究及驗證，例如火星隕石標本采集概念機器人的設計、智能圖書存取系統設計等。
2.3 模式識別課程實踐教學體系
模式識別課程是首都師范大學智能科學與技術高年級學生的重要專業課程，其目的是通過對模式識別基本理論、概念和方法的學習，使學生能夠靈活運用所學知識，借助計算機解決實際工程應用中的自動識別問題，其主要任務是使學生掌握對物體進行分類的有關理論和方法。實驗課是本課程重要的教學環節，目的是使學生掌握模式識別基本分類方法的算法設計及其驗證方法。提高學生分析問題、解決問題的能力。本課程授課課時36學時，實驗課時時。
第一類實驗是安裝并使用模式識別工具箱。本次實驗可以讓學生了解模式識別軟件的具體形態、基本設置以及運行流程，了解基本識別方法的工作過程。
第二類實驗使用常用分類算法進行實驗，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。
第三類實驗為課程設計，例如用支持向量機進行人臉識別。本次實驗可以讓學生掌握支持向量機的運行機理、參數選擇與快速算法等，了解在實際分類中學習樣本庫的重要性。
3 實驗室發展成果
3.1 提高科研水平，促進實驗室良性發展
實踐證明，科研項目的研究對改善學科軟硬件條件作用重大。在帶動實驗室建設上，科研課題以優勢、特色學科為基地，購置大量先進的儀器設備，構建起堅實的實驗條件，在完成科研任務的同時，轉化為學科教學、科研發展的基礎設施，為培養高水平本科人才提供物質支撐。首都師范大學智能科學與技術專業先后申請主持國家自然科學基金項目等國家級項目4項、省部級項目近20項，校級項目若干，發表包括SCI、EI檢索在內的學術論文一百多篇，從而極大促進了智能機器人的實驗室建設，為實驗室的長期發展創造堅實的物質基礎和持續的科研動力。
3.2 開展學生科研，培養學生創新能力
智能科學與技術專業堅持以智能機器人實驗室為依托，鼓勵學生申報、開展各級各類學生科研項目，進行專業實習、完成畢業設計，并按照本科生的學習發展階段，為學生規劃科研申報體系，如圖1所示。
近四年來，我們積極組織學生申請全國級大學生創新實驗計劃6項，參與學生近30人。申請校級各類學生科研項目近20項，參與學生近百人。通過有組織地、循序漸進地開展學生科研，學生極大地發揮了鉆研精神和創新能力。
3.3 通過學科競賽，調動學生實踐積極性
實驗室為學生提供了一個開放的平臺，并以培養學生的創新思維、科研素質和實踐能力為目標，為學生的成長提供良好的條件。學科競賽富有挑戰性、探索性和趣味性，是學生綜合能力培養的重要手段。參賽的過程，就是學生獨立分析問題、解決問題的能力得到鍛煉和提升的過程。近年來，學校通過組織學生參與競賽，先后獲得2012年全國大學生仿真比賽一等獎、2011年全國大學生仿真比賽二等獎2項、歷年全國Scilab競賽二等獎以上獎項；學生設計的“火星隕石碎片采集概念機器人”“智能圖書歸還平臺”分別獲得2011年全國首屆大學生智能設計競賽二等獎；學生設計的智能小車獲得2012年北京市挑戰杯二等獎。
噴氣動力實驗室在美國加利福尼亞州帕薩迪納市有一個占地177英畝的園區，實驗室設計的機器人已經登上了月球，發現了火星上曾經有水存在(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。這些自動機器人對于噴氣動力實驗室的種種使命而言往往至關重要，它們平均的開發周期是五年，費用在25億美元到10億美元之間。它們能攀爬到懸崖之下，以調查星球的地層或者探測大氣中的輻射量。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，以及來自塵埃惡魔的凌厲勁風――火星上到處都有微型龍卷風。
“噴氣動力實驗室所設計的很多東西都史無前例?！睓C器人硬件系統小組總監艾倫?斯洛塔(Alien Sirota)說。該小組由20人組成，是噴氣動力實驗室旗下5000名工程師和科學家的一個分組?！耙磺卸际切骂I域，有時你甚至不知道具體的技術是什么或者問題將會是什么。這正是我們的工作令人興奮之所在?！?/p>
噴氣動力實驗室的下一個使命，是在2011年推出火星科學實驗室(MSL)。這是一個9英尺長、1，875磅重的機器人，主要由鋁制成，并以一個核發電機提供動力。它將裝配有10種儀器，任務包括調查水圈，評估氣候，以及收集巖石樣本，這些巖石將被粉碎后分配到這個漫游者的多個測試間之中。
雖然噴氣動力實驗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碳化合物嗎?―但他們用以制造機器人的技術卻能轉化為現實的用途。一個探測移動目標的偵察機器人可以成為一種強大的軍事工具，例如在步兵進入一個房間之前先由其探測里面有沒有敵人，或者通過衛星向基站營地傳送信息。下面所列的機器人還可以幫助公司開發礦場或加速采掘過程。不過，盡管這些多才多藝的機器人能獨立完成很多事情，但如果沒有設計它們的這些工程師，它們就不會出現。
AXEL
這個漫游者對付陡峭的地勢很有一套，能夠攀爬到懸崖之下和探測深坑。在地球上，它甚至能幫助進行搜救活動。
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。它們已經探測了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計目的是用來探測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斗士索杰納-特魯斯(SojournerTruth)的名字命名，1997年從火星表面傳回大量數據，包括550幅圖像及對土壤和巖石的化學分析資料。
火星科學實驗室(MSL)
計劃于2011年秋季推出，它將評估火星是否曾經――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完整的火星年，即687個地球日。
攀巖者(Cliffbot)
這個四輪漫游者的樣品擁有手臂甚至關節，以幫助它攀爬高達85度的陡坡。它利用從兩個錨定機器人(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航天航空局對首字母縮略語的鐘愛。LEMUR代表“以肢爬行機械功能機器人”(Iimbed ex-cursion mechanical utiliy robot)，不過它被稱為“宇航員的寵物猴”，主要任務是檢查和修理太空設施。
BAT開啟機器人競速模式
2015年我國進入人工智能元年，自此以后，BAT等互聯網公司紛紛踏足機器人領域。截至目前，BAT已相繼建立與機器人基礎科學和技術有關的研發機構。
2016年，騰訊成立AI Lab，肩負騰訊在人工智能領域的基礎研究及應用探索。目前，騰訊AI Lab擁有70多位科學家和300多位應用工程師，研發成果已應用在微信、QQ及天天快報等上百個產品。而此次機器人實驗室“Robotics X”的誕生，則意味著騰訊要在人工智能領域開辟一塊新的戰場。
2017年10月，阿里巴巴宣布成立“達摩院”，來進行基礎科學和顛覆式技術創新研究。據悉，達摩院將包括亞洲達摩院、美洲達摩院、歐洲達摩院，并在北京、杭州、新加坡、以色列、圣馬特奧、貝爾維尤、莫斯科等地設立不同研究方向的實驗室。
就在2018年1月份，百度研究院宣布設立“商業智能實驗室”和“機器人與自動駕駛實驗室”，同時，三位世界級人工智能領域科學家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名科學家及工程師，并建立起包括七位世界級科學家、五大實驗室的陣容。
圖表1：BAT在機器人領域布局情況
資料來源：前瞻產業研究院整理
近年來市場高速增長 發展潛力巨大
當前，我國機器人市場進入高速發展期，2017年市場規模約62.8億美元，2012-2017年平均增長率達到28%。
圖表2：2012-2017年我國機器人市場規模增長情況（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
其中，工業機器人連續五年成為全球第一大應用市場，服務機器人需求潛力巨大，特種機器人應用場景顯著擴展，核心零部件國產化進程不斷加快，創新型企業大量涌現，部分技術已可形成規?；a品，并在某些領域具有明顯優勢。2017年，工業機器人是機器人市場主要產品，所占整體比重高達67.2%，市場規模為42.2億美元。此外，得益于互聯網巨頭對機器人在服務場景應用的投入，服務機器人所占比重也超過20%，市場規模達到13.2億美元。
圖表3：2017年我國機器人市場結構（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
（一）工業機器人
我國工業機器人市場發展較快，約占全球市場份額三分之一，是全球第一大工業機器人應用市場。2016年，我國工業機器人保持高速增長，銷量同比增長31.3%。按照應用類型分，目前國內市場的搬運上下料機器人占比最高，達到61%；其次是裝配機器人，占比15%，高于焊接機器人占比6個百分點。當前，我國生產制造智能化改造升級的需求日益凸顯，工業機器人的市場需求依然旺盛，據估算2017年我國工業機器人銷量首次超過11萬臺，市場規模達到42.2億美元。
圖表4：2012-2017年我國工業機器人銷售額及增長率（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
圖表5：我國工業機器人市場應用結構（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
在需求端，未來隨著我國勞動力成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產方式向柔性、智能、精細轉變，構建以智能制造為根本特征的新型制造體系迫在眉睫，對工業機器人的需求將呈現大幅增長。根據前瞻產業研究院的《2018-2023年中國工業機器人行業產銷需求預測與轉型升級分析報告》預測，到2023年，國內市場規模將翻一番，進一步擴大到接近80億美元。
圖表6：2018-2023年我國工業機器人銷售額及增長率預測（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
另外，在供給端，根據三部委的《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》，到2020年，我國自主品牌工業機器人年產量達到10萬臺，六軸及以上工業機器人年產量達到5萬臺以上。工業機器人速度、載荷、精度、自重比等主要技術指標達到國外同類產品水平，平均無故障時間（MTBF）達到8萬小時。
（二）服務機器人
我國服務機器人的市場規?？焖贁U大，成為機器人市場應用中頗具亮點的領域。2016年，我國服務機器人市場規模達到10.3億美元；據估算2017年我國服務機器人市場規模將達到13.2億美元，同比增長約28%，高于全球服務機器人市場年均增速。其中，我國家用服務機器人、醫療服務機器人和公共服務機器人市場規模分別為5.3億美元、4.1億美元和3.8億美元，家用服務機器人市場增速相對領先。
圖表7：我國服務機器人市場應用結構（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
截至2017年底，我國60歲以上人口已達2.41億人，占總人口的17.3%。老齡化社會服務、醫療康復、救災救援、公共安全、教育娛樂、重大科學研究等領域對服務機器人的需求也呈現出快速發展的趨勢。根據《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》，到2020年我國服務機器人年銷售收入將超過300億元，在助老助殘、醫療康復等領域實現小批量生產及應用。因此，根據前瞻產業研究院的《2018-2023年中國服務機器人行業發展前景與投資戰略規劃分析報告》預測，我國服務機器人市場規模將增長至66億美元。
圖表8：2012-2023年我國服務機器人銷售額及增長率（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
（三）特種機器人
當前，我國特種機器人市場保持較快發展，各種類型不斷出現，在應對地震、洪澇和極端天氣，以及礦難、火災、安防等公共安全事件中，對特種機器人有著突出的需求。2016年，我國特種機器人市場規模達到6.3億美元，增速達到16.7%，略高于全球特種機器人增速。其中，軍事應用機器人、極限作業機器人和應急救援機器人市場規模分別為4.8億美元、1.1億美元和0.4億美元，其中極限作業機器人是增速最快的領域。
圖表9：我國特種機器人市場應用結構（單位：億美元，%）
資料來源：前瞻產業研究院整理
2017年，據估算，我國特種機器人市場規模為7.4億美元。隨著我國企業對安全生產意識的進一步提升，將逐步使用特種機器人替代人在高危場所和復雜環境中進行作業。到2023年，特種機器人的國內市場需求有望達到18.7億美元。
【關鍵詞】機器人活動；創新能力；培養實施方法
0 引言
黨的十提出實施創新驅動發展戰略，并強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置，通過科技創新推動改革。高校是科技創新的主陣地，大學生創新意識和創新能力的培養已成為各高校教育教學的主要抓手。
機器人活動是典型的機電一體化技術，囊括了機械、電子、計算機、自動控制、傳感器、通信、人工智能等學科的尖端技術，是一門跨專業、多學科交叉且高度綜合的新興事物。它具有創造性、趣味性、觀賞性和對抗性等特點，是在學生具備基礎能力的前提下，綜合運用多學科知識，給學生廣闊的發揮空間，提高學生的創新能力。機器人研究正處于不斷完善、不斷出新、不斷深入的動態研究之中，這些未知領域也恰恰是大學生們的興趣點所在。
筆者于2008年開始管理、指導學校機器人實踐創新團隊，從08年開始，連續7年參加了中國機器人大賽暨RoboCup公開賽。該項賽事是中國最具影響力、最權威的機器人技術大賽、學術大會和博覽盛會。7年來，我校代表隊一共獲得冠軍15項、亞軍12項、季軍7項。本文以實際指導與參賽的經驗，就我校新設的交通設備與控制工程專業大學生創新能力培養進行探討。
1 交通設備與控制工程專業情況
交通設備與控制工程專業為工科學科特設專業，主要培養適應國家交通運輸設備現代化、智能交通工程建設的需要，具備交通設備、信息及控制工程方面專業知識與應用能力，能從事交通領域設備研發、設計、制造、智能交通系統集成、維護、運行管理的應用性高級工程技術人才。目前全國僅有10所左右的高校開設了此專業。我校交通設備與控制工程專業于2011年開始招生，目前有在校生191人。作為工科專業，學院十分重視學生創新能力、動手實踐能力的培養，并將機器人活動作為抓手，促進學生素質全面提升。
2 機器人活動培養學生創新能力的優勢
2.1 機器人活動營造良好的校園科技創新氛圍
機器人活動豐富了同學們的課余文化生活，培養了同學們科技創新的濃厚興趣，它作為一種參與面極廣的大學生課外科技創新活動，能讓同學們將平時所學的課本理論知識應用于實踐活動，同時又擴大了知識面。特別是校團委每年一度的大學生科技節開幕式上的展演，把每年參加全國賽、省賽的獲獎作品予以宣傳展示，邀請相關指導教師開展機器人制作系列講座，邀請獲獎學生代表分享參賽心得等，營造良好的校園科技學術氛圍，使得機器人活動被廣大同學所了解、喜愛。
2.2 機器人活動激發學生的學習興趣
在對交通設備與控制工程專業學生專業學習情況的調研中發現，學生對于自己所學的專業認識迷茫，方向不清楚，自然學習的興趣不濃、動力不足。對于開設的很多專業課程，他們并不清楚課程的重要性，更談不上靈活運用。有些十分重要的課程同學們感覺比較枯燥無味，難以理解，無的放矢。課堂教學和固定模式的試驗并不能激發他們的學習興趣，教學效果也不是很好。機器人團隊的學生普遍反映，通過機器人活動，他們不僅鞏固了學習過的課程，而且能將所學的課程與實際運用相結合，有助于他們理解知識點、掌握知識點。同時還具備了圍繞具體的制作項目，搜集資料、自學新知識的技能。
2.3 機器人活動的各項賽事有完整的比賽規則
中國機器人大賽暨RoboCup公開賽已成功舉辦了15屆，比賽規則完備，自始至終均保持著公平、公正的競賽原則，除個別項目是通過評委打分來評判成績之外，絕大多數項目是通過計時、計分等方式公正客觀的來分出勝負，對于結果令人信服。在這樣一個公平公正的全國大賽的競技場上，參賽學生不受任何不良因素的干擾，不存在任何找關系、開后門等社會不良風氣，只需關注自身機器人的穩定性，展現自己的設計成果和創新做法。
3 機器人活動促進學生多方面能力的提高
3.1 機器人活動提高學生的工程實踐能力
每個機器人都是一個復雜的機電產品，它既是設計出來的，更是制造出來的，好的設計不見得就是好的產品，一個好的產品既依賴于好的設計、制造，也依賴于好的項目管理、質量控制等，這一切都依賴于對于過程的實踐，它需要經驗的積累，時間的考驗。[1]同學們在機器人作品的設計制作過程中，通過反復觀察、實踐、總結來掌握核心技術、解決棘手問題，為解決工程實際問題打下基礎。
在2013年的比賽中，我們進入決賽的一臺旅游機器人在賽前適應場地的時候出現了問題，整臺車處于不工作的狀態，經過隊員反復檢測，發現主控板被燒掉，更換主控板需要把整臺車全部拆掉，此時距離決賽開始還有20分鐘，除了要將另外一臺車上的主控板拆下換掉燒壞的主控板之外，還要留有時間適應場地。同學們齊心協力，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，開始調試，最終我們獲得冠軍，同學們欣喜若狂。這與同學們在日常實際訓練時，主動將所學課程知識融會貫通，綜合運用，具備了一定的工程意識和工程實踐能力分不開。
3.2 機器人活動培養學生團隊協作的精神
團隊協作精神是當今社會衡量大學生個人素質的重要因素，作為一個機器人活動小組成員，他們來自不同的年級、不同的專業，各自的特長也不盡相同，有的擅長硬件制作，有的擅長軟件編程，在日常的訓練比賽中，難免會出現意見不統一，方法不一致的情況，這就更需要團隊的相互協作、各司其職。有時我們也會發現，出現問題之后，隊員間相互埋怨，缺乏理解、溝通，嚴重影響了機器人的創作進程。經過指導教師的勸解、調節，促使他們走到相互協作的軌道上來，讓同學們意識到只有團隊合作才能順利完成設計、制作、訓練、參賽的任務。
3.3 機器人活動培養學生全面發展的個人品質
機器人活動綜合了多學科的知識，在選題、策略分析、制作方案、設計加工、軟硬件設計以及穩定性方面的工作量很大。同學們圍繞核心主題各抒己見的時候，促進了自己的語言表達能力的提高。
在前期驗證、中期制作、后期調試等過程中，促進了同學們思考問題、分析問題和解決問題的能力提高。
機器人調試時一個不斷完善、追求完美的過程，它與普通的課程設計不同，需要實踐的檢驗。所以同學們在運行調試過程中，通過反復多次的檢測、修改，努力提高機器人的性能，潛移默化地培養了同學們對待工作追求完美、精益求精的品質。
機器人活動作為一項實踐性很強的活動，對于學生的動手能力要求很高，在制作調試的過程中，一些純手工的活兒給同學們帶來了極大的挑戰。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，這對大多數獨生子女都是一個難得的生活體驗。在此過程中，加班加點也并不稀奇，熬夜通宵更是家常便飯。調試累了，趁給機器人充電的時候，抓緊時間休息一會兒。在比賽過程中，為了了解競爭對手的機器人，同學們不停地觀摩、拍攝、討論，甚至通宵改進策略。整個過程無形中培養了學生不畏艱難、吃苦耐勞的優秀品質。
4 基于機器人活動的學生創新能力培養方法實施
4.1 創建專門的機器人創新實驗室
高校想要在科技竟賽中取得好成績，就必須注重人才梯隊的培養。而依托開放性實驗室不失為一種行之有效的方法[2]。目前，由于學校學生人數較多，大部分學校的實驗室都在安排正常的實驗教學，有的甚至從早安排到晚，無法滿足學有余力的同學開展各類科技創新活動。為此，學院專門為機器人活動創建了創新實驗室，該實驗室不承擔普通實驗教學，全天候為機器人團隊成員開放。實驗室既是創新型人才的培養及選拔的基地，同時也為指導教師與學生之間的溝通提供了穩定的場所和條件。
我們將實驗室劃分為制作區、訓練區和展示區。在制作區和訓練區內，同學們可以放開手腳、充分發揮自身和團隊的聰明才智，緊密圍繞中心任務動手實踐。展示區就是機器人創新團隊的成長足跡，我們將同學們自己設計研發的機器人作品和歷年比賽的獎狀、獎杯、照片等按照時間順序進行擺放展示，記錄整個團隊成長的點滴。我們還將實驗室作為新生入學教育的陣地，盡早在他們心中點燃科技創新的火種。
4.2 組建機器人實踐創新團隊
在組建機器人實踐創新團隊的時候，我們實行“大手拉小手、左手拉右手”的管理模式，也就是整個團隊的梯隊式培養。高年級的老隊員在知識儲備、動手能力、比賽經驗等方面有一定的積累，低年級的同學加入后，由老隊員對他們進行相關內容的培訓和指導，分享自己在機器人活動過程中所積累的豐富經驗。即使今后老隊員們面臨著實習、就業、升學等問題，也不會影響整個團隊的繼續發展。此外我們還根據每個隊員的特長進行合理組隊，盡量做到每個隊中都有一名有經驗的高年級隊員，并擔任組長，帶領小隊員們進行理論學習、技術攻關、參加比賽。
4.3 充分給予學生發揮的空間
學生的創造力是無窮無盡的，在機器人的設計制作或優化改進的過程中，指導教師給予學生充分的信任，放開手腳讓同學們自行設計、改進。指導教師僅在方案制定、測試調試、策略運用上給予指導和幫助，出現問題時鼓勵學生堅持克服、樹立自信，鼓勵學生永不放棄、重整方案。使學生在機器人活動中真正成為一名設計者、而不僅僅是一名操作者。
4.4 教師的指導要把握好
總的來說，教師的指導原則是“到位不越位”，做好學生的參謀，審核設計的方案，督促制作的過程，協調團隊的管理。教師應當常去創新實驗室，抓住重點環節，給予具體建議。由于學生在實際工程設計經驗等方面不足，有的學生甚至還不會繪圖。在這種情況下，指導教師應把機器人關鍵零部件的制作和結構設計放在首位，把好重點關，使重點零部件和結構可靠、穩定、實用。指導教師還要和學生分享自己豐富的經驗，盡量爭取時間，少走彎路，提高效率。此外，指導教師還要深入研讀比賽規則，根據實際情況選擇機器人的制作、策略等，這個過程要給予足夠的重視。
5 總結
機器人活動有效的激發了學生參與科技創新活動的熱情，有利于學生將理論與實踐相結合，促進學生實際分析問題、解決問題能力的提升，是大學生創新能力、實踐能力培養的很好的切入點，為全面提升我校交通設備與控制工程專業創新人才培養的空間提供了很好載體和平臺。
【參考文獻】
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我離開沙發，電視自動關閉，折疊起來。我走到門前，門自動打開，隨后自動關閉。我坐上我的環保節能汽車，這種汽車利用光合作用，吸收太陽能源，最高時速達每小時100000公里，不用擔心這么快的時速會造成交通事故，車里有自動控制裝置，遇到障礙物會減速并剎車。還可以預定目的地，電腦會自動操縱。實驗室到了，我下了車。乘電梯到我的辦公室，我坐在沙發上，看著視頻電視。門叮叮叮的響了，我打開視頻攝相機，看見我的機器人秘書正站在門口，我一按桌上的按鈕，門輕輕地打開了。機器人對我說：“有一位來賓想見你。”我告訴機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，我把他領進我的實驗室，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。我把他領到另一個科研成果面前，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，時間鬧鐘把我叫醒，我洗嗽完畢，房子里的中央控制器已經把早餐做好了。我吃完早餐，打開可視電視控制器，秘書滔滔不絕地匯報著今天工作安排。
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這一切不是夢，但要實現，還需要不懈努力呢！
關鍵詞：慧魚機器人；創新實踐
中圖分類號：TB
文獻標識碼：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.12.090
0引言
2010年7月份，國家經過長期的深入調研和分析，頒布了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010―2020年）》該綱要對于高等教育的發展規劃明確了高等學校應適應就業市場和經濟社會發展需求，為國家培養更多的高質量、多樣化的復合型、創新型人才。合肥學院（以下簡稱我校）是一所在“改革中誕生，開放中成長，創新中發展”的地方本科院校，堅持“地方性、應用型、國際化”的辦學定位，借鑒德國應用科學大學辦學經驗，圍繞應用型人才培養關鍵要素，進行了系統改革和實踐，構建了具有鮮明特色的應用型人才培養體系，為區域發展培養了大批高素質應用型人才。慧魚機器人可以針對不同專業和不同學習階段的學生開設有系統、有層次的創新設計開放性實驗項目，旨在培養學生的獨立動手、分析問題和解決問題的綜合能力培養，以適應我校的辦學定位。
1關于慧魚機器人實驗室
高校實驗室是科學研究與實踐分析的基地，是高校培養創造型人才的搖籃，學生可以通過一系列與理論學科相關的開放性實驗課程學習，使學生在鞏固理論知識的同時，實現理論知識和實踐操作的完美結合。源于德國的慧魚創意模型（又稱慧魚機器人）是一種技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，憑借其專業涉及面廣、延展兼容性強以及小巧輕便等顯著特點，很早就被引進到中國高校的實驗室，通過這些年的發展，慧魚機器人實驗室的設置對于培養學生創新思維，提高學生動手能力和創新能力都具有很明顯的提升作用。而且隨著電子通信技術、網絡技術等現代新型科學技術的飛速發展，慧魚機器人也必將隨之具有更為廣闊的應用空間，依然能夠在高校實驗室課程教學中具有舉足輕重的作用。
慧魚機器人大體上可以歸納為以下幾大構件：機械構件、電氣構件、電子構件以及氣動構件。機械構件主要包含一些硬塑模型如齒輪鏈條、蝸輪蝸桿、導軌連桿等；電氣構件主要有小巧型驅動、傳動馬達等；電子構件主要有各類電子傳感器、限位開關、微動開關、智能CPU，PLC控制板等；氣動構件含一些小型的空氣壓縮機，用于提供驅動用的氣源。學生經過對相關課題的理論分析及系統設計之后，選取合適的構件，并對構件進行有序的拼裝搭接，采用圖形化的PLC語言或者VB、VC等高級語言編程寫入控制器中，完成設計方案的實際模型并能夠成功運轉，實現概念設計與應用實踐的交叉融合。
2慧魚機器人在課堂教學和實驗實踐活動中的用
2.1要求學生在掌握專業理論知識的前提下，以慧魚模型為平臺，提高學生的創新思維和創新能力
理論成果要走入社會，進入工廠，必須要經得住科學實踐的證明和考驗，實驗室課程通過其直觀、清晰的教學方式，有助于學生提升和鞏固理論知識的認識和了解。合肥學院機械系自從引進德國慧魚公司的“慧魚創意組合模型”之后，很快便建立了機械創新實驗室。其主要目的是讓學生在掌握機械專業理論知識的前提下，以慧魚模型為平臺，把已學習專業理論知識實踐化、扎實化，并注入創新活動的基本技法，進而將創新意識、創新思維和創新技法滲透到實踐活動中去。例如先通過理論知識學習機械自動化原理、機械自動化設計、機械制造、機械創新等課程，然后通過慧魚模型在實踐中使學生對典型的工業產品的結構，制造過程有一個基本的體驗和認識，通過結合典型產品的制造加工過程，對學生進行基本操作技能的訓練，培養學生的工程意識，實踐創新精神和解決問題的能力，并為今后從事制造和設計工作打下基礎。在整個慧魚模型實踐過程中我們可以了解現代工業生產先進制造技術，要求學生必須具有工程意識和綜合設計能力；熟悉有關的工程術語，了解生產中的主要技術文件及生產組織管理方式；要求學生具有創新能力，能夠利用慧魚模型進行機械創新實踐。學生通過反復構思、反復設計、反復拆裝，利用一切可行方法進行創新，不斷地試錯和思維探索，學生的創新思維得到不斷的啟發，創新能力也得到極大的提高，從而更有利于適應社會創新型復合型人才的需求。
2.2在慧魚模型的平臺基礎上進行實踐教學創新
慧魚創意組合模型需要科學的拼接方式，并具有良好的拓展性，各高校實驗室不斷開發出了一系列的慧魚工業模型產品，例如智能物流機器人，智能拆卸機器人、智能洗車系統、自由度機械手、智能硬幣分離系統、包裹翻轉機、智能綜合倉儲加工系統等經典模型。它巧妙的利用若干種類的慧魚標準化構件和良好的兼容性和拓展性，精確、生動的模擬了各種復雜的工業化生產設備和流水線，這些工業系統可以用于學生在大學期間進行生產實習、畢業實習、認知實習、課程設計、畢業設計、學生第二課堂等實踐活動，在慧魚模型的平臺基礎上學生能夠自主設計、自主實習、自主實踐創新。
2.3通過參加全國機械創新設計大賽使學生在知識綜合應用能力、工程意識、團隊協作能力等方面得到鍛煉
自2004年開始舉辦至今的全國大學生機械創新設計大賽是國內培養學生工程實踐能力和綜合素質效果顯著的大學生競賽項目之一。該創新設計大賽吸引了包括清華、北大、浙大等一流名校在內的全國各大高校喜歡思考和動手操作的學生們積極的投入參與，鍛煉了當今學子們親自動手創作能力、團隊協作配合能力和綜合設計實踐能力，為優秀人才的培養提供了廣闊的平臺。
我校是從2008年開始參加機械創新設計大賽，參加比賽近十年，不僅豐富了學生的課外生活，而且提高了他們的專業素養，鍛煉了學生各方面能力。全國機械創新大賽分為實物組和慧魚組兩個組別，分別進行選拔，按一定比例進入全國總決賽。本屆比賽我校有3件作品參加了全國過機械創新設計大賽慧魚組的比賽，其中“高效硬幣分離機”作品獲得一等獎，“全能包裝機”和“硬幣分離專家”獲得二等獎。實物組也有3件作品進入了參加了安徽省大學生機械創新大賽比賽，其中“硬幣清點包裝一體機”作品獲得安徽省一等獎，并進入全國總決賽獲得了國賽一等獎。該作品融合了慧魚組“高效硬幣分離機”和“全能包裝機”機械和電子的技術優勢。我校自2007年以來也一直舉辦每年一次的校級機械創新大賽，今年正在舉辦第十屆機械創新設計大賽，在這次的機械創新設計大賽中，學生先進行初期的作品設計，進行各種方案的論證，在比賽后期的選拔中計劃以慧魚實驗室為平臺，利用慧魚模型來驗證各種方案和設想，經過多次的實踐和修改，最終拿出一個最優作品。
每一個作品都是從方案的提出到設計完成，從模型的初步搭建到不斷改建，從改進型的模型到系統方案的更新設計，這是一個不斷循環反復的過程，每一步都能感受到學生不斷思索，不斷創新的積極意識和思想?；埕~模型的智趣性和易于操作性充分調動了學生們的主觀能動性，激發了學生內在的原動力，培養了學生的創新思維和創新能力。
3慧魚機器人創新實驗實踐研究
按照學院的辦學定位和市場需求，在人才培養模式和課程體系設置等方面，不斷進行改革和創新，在注重基礎、拓寬專業口徑的同時，強化專業能力培養，尤其重視對學生實踐能力和創新精神的培養，逐步形成了自己的專業特色?；埕~模型匯聚了工程實踐中各種典型的模型，是集教學、實踐、研究、比賽于一體的綜合平臺。它對課程體系的實踐效應如圖1。
參考文獻
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沙漠、北極,哪兒沒人去哪兒
還別說,地球上類似火星環境的地方還有好幾個。人類建立的第一個火星模擬基地就在美國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,其實就是個兩層樓高的小建筑。一樓堆放著各種科學儀器和太空服,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暴,太空輻射穿透稀薄的大氣層直抵地面。地獄般的環境讓島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,這已經是人類能找到的最惡劣的地方了,所以,人們在那里遇到的困難將來都要被放大,才能應對艱險的火星之旅。
德文島上還有一個著名的“霍頓沖擊坑”,那是2300萬年前一個大隕石撞擊地球砸出來的。通過對隕石坑的研究,科學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,他們的隊長是一名23歲的大學生,看!比你大不了多少嘛。他們在基地里得生活一個月,一切行動都得嚴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,所以在戶外的時時刻刻,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格模擬火星上的情況。要知道,地球到火星太遠了,無線電信號以光速也要走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。要是性子急,或者遇上危險情況那才夠嗆!
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行繁重的工作。他們要鉆取土壤和巖石樣本,研究水流對地面的作用,總共有8類科學試驗要做。
他們還建造了一個“火星溫室”,研究植物在火星環境下怎樣生長,要是這試驗成功了,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,光這運費也沒哪個國家承擔得起。這些平時看起來很輕松的事兒卻因為穿著幾十千克重的宇航服變成了純粹的體力活。過度緊張的實驗工作給未來的“火星人”帶來了巨大的心理壓力,他們每天工作15個小時,已經達到了身體的極限,晚上卻只能睡在像火車臥鋪一樣狹小的三層床上?？磥?這宇航員的確不是誰都能當的。
機器人也得來訓練
不久的將來,當載人飛船經過長達半年多的太空旅行到達火星后,宇航員要面對各種危險:極度寒冷、毒氣、缺氧、有害的宇宙射線、強大的火星沙塵暴。要是有聰明能干的機器人幫忙,事情就好辦多了。沒錯兒,火星機器人也是“火星基地”的重要成員,它們是機器人中的“宇航員”。
這個圓身子的家伙很像一個人在攀巖,沒錯,它的名字叫“攀巖者”。顧名思義,它的機械手能像人手一樣“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。
這個涂上藍色條紋的家伙叫“快速眼”,是第一個登上火星的無人機。飛,自然優勢多多,它才不用管你地形多復雜呢,火星車們只能探測小范圍的土地,火星無人機卻能勘測大面積的火星表層。它不必登陸火星,而是以560千米/小時的速度在火星上空1500米的高度上飛行,航程高達680千米。它“看到”的一切都會通過火星衛星同步傳回地球。萬一飛機遭遇意外,也不用擔心,它會在火星上迫降。可惜的是,火星上可沒有機場給它“加油”,一旦能量用盡,它的壽命也就到頭了。火星無人機的訓練基地也是德文島。
現在,史上身價最高,動力最強,性能最先進的機器人――“火星科學實驗室”登場了。既然號稱“實驗室”,隨身帶的儀器自然不少,什么立體相機、激光鉆頭,應有盡有。“實驗室”的體重高達3.5噸,比兩輛小汽車還重,一般的太陽能電池可帶不動它,所以,它采用核動力發動機,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者”,簡稱“運動員”。它是在“攀巖者”的基礎上改造成的,不過它的本領比“攀巖者”強得多,它能在火星或者月球表面運送人員和重裝備。這位“運動員”大約一人高,寬達4米,而真正要上火星的“運動員”會是它的兩倍大。它的移動速度是以前的火星車“機遇號”和“勇氣號”的100倍!
睢,這是兩個“運動員”扛著貨艙在前進。地面平坦時,它們用輪子前進,遇見障礙物時就抬起腿來跨過去。在它們的每條腿里都安裝著立體全景攝像機,所有的圖像都會顯示在屏幕上,幫助它們識別障礙物。它們還會分身術,每一個都可以拆分成兩個3條腿的“運動員”,甚至還能和別的外星探測器對接到一塊兒。
【尾聲】熱鬧吧?盡管真正移民到火星可能還得上千年,可準備工作早都展開了,地球上的“火星基地”雖然個個荒無人煙,可科學家和機器人們卻都干得熱火朝天。據說再過20年,人類宇航員就能登上火星插旗子了,那時候你正當壯年哦,如果有宇航員夢,現在就要開始努力啦!
火星車的越野本事再強,它也不會爬山。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。現在,科學家們設計了“登山者”火星探險機器人?！暗巧秸摺笨梢韵竦巧竭\動員那樣攀登懸崖峭壁,它甚至還會“索降”技術:將一根強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”正和負責操控它的宇航員一起在北極的“火星基地”協同訓練呢。
這一對機器人叫“機器人工作者”,它們最大的特點是可以協作干活兒,別的機器人都是單打獨斗,而它們卻如孿生兄弟一樣,心有靈犀能和對方默契合作。它們能“抬”起2.5米長的東西,比如抬著金屬器材移動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
我把時間定格在秦朝，并且去了荊軻的家，準備找他“比試比試”。
荊軻果然在家里習劍，我迎上去，直截了當地對他說：“荊軻先生，我這里有個兄弟想與你比比武，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，那就請便吧!”我拉過一個和真人差不多大的仿真智能機器人，通上電，將他推給荊軻，說：“就是這位了，你們比比準的劍法高，比賽中刺死對方一概不負責，行嗎?”他猶豫了一會，說：“行，立個生死狀吧?！焙芸?，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器人的胸膛?！拔亿A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，機器人突然發出嘀嘀聲，報告我出現故障。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，屬于導體。要知道，這個機器人電池里的電壓相當于家庭電路電壓的二倍!我去看了看荊軻，他已經氣絕身亡了。我把機器人電源開關斷開，拍了拍他的肩膀：“哥兒們，干得好!”又轉頭對著荊軻說了一句：“笨蛋，你上當了!”接著，我帶著這個嚴重損壞的機器人揚長而去。
時遷
輸給保險柜
據說宋朝有個神偷名叫時遷，我這就去會會他，給他出道難題。
時光機一轉，我又出現在了梁山好漢的英雄時代!時遷估計還在午睡呢，正好去找他。我來到了他家，叫醒他：“時遷呀，聽說你偷東西很厲害，你能幫我把這個箱子里的東西取出來嗎?”
我給他一個保險柜，“不就是一個鐵柜子嗎，小菜一碟!”時遷馬上湊近保險柜的鎖眼，想研究研究?！罢堓斆艽a”，真人自動提示音響了，卻給了時遷一個靈感，這個靈感可真夠天才的。原來他靈機一動，把自己家里養的馬牽來，讓馬對著箱子亂踢一通，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?！蔽也铧c一頭撞死，他以為密碼是什么馬呢! 看來只能我動手了，我噼噼啪啪輸了幾個密碼，箱子打開了，把一旁的時遷看得目瞪口呆。趁他愣著，我趕緊把他的錢包扔進保險柜，關上了柜門。哈哈，我沒有告訴他保險柜怎么開，這個傻子就等著干著急吧!我又該走了，這次去外國玩玩，順便看望一下幾個外國名人。
和阿基米德較真
“給我一個支點，我能夠撬起地球?！蔽以诠畔ＥD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：“真理永遠是真理，不要說了?！焙伲@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?！昂?，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：“假如說你能找到這么一個支點，那么這根撬棍該有多長?假設要使地球撬起一厘米，那么另一端的動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?假設你以一分鐘十厘米的速度連續不斷壓下動力臂，你要用幾億億年的時間才可以完成!如果你用光的速度連續不斷壓下動力臂，那你也需要幾萬年的時間。所以，你要對你說的話負責!”我長舒一口氣，沒想到我蠻聰明的嘛，呵呵。再看看阿基米德這小老頭，他已經口吐白沫，不省人事了。莫非是突發急病?還是被我說暈了?我趕緊去扶起他，就在這時，他緩緩地蘇醒了，斷斷續續地說：“我……我服了，你……是對的……啊!”說完閉上了眼睛，與世長辭。我一時慌了神，我竟把世界著名的科學家殺死了?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，并準備開一瓶飲料。咦，起子拿在手里，我怎么不會使用了?我可是個物理學家，怎么不會開瓶子了呢?一切都悄然地發生了變化，世界像是變了個樣。怪不得，原來我把杠桿原理的發現者――阿基米德給弄死了，現在世界少了杠桿原理，當然變了許多。
一進實驗室，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，你是不是拿我的時光機玩了?快點交出來!”“是……”我不敢舀他?！鞍〃D―我的智能機器人!小H，你給我出來!”“我的保險柜怎么也不見了?是不是你干的?”機器人專家I博士和經濟學家j博士不知從哪里冒出來，I博士手里還拿著那個被荊軻刺了一劍的機器人。
“我殺了你!”三個人的怒吼差點震碎科技大樓的玻璃。慘，那個智能機器人可是小I的寶貝，而且那個保險柜是J博士剛從美國買的，我要有殺身之禍了!
未來的我
光陰似箭，日月如梭。到了2020年，我成為了一名發明家。我發明了許多東西，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，我被我的機器人保姆叫醒了，它是我發明之一。她是多功能的機器人，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”。我的機器人保姆幫我打開車門，開車的是一個機器人司機，他負責開車，我的研究實驗室在美國。而我的家在中國，我每天都在這兩個城市奔波。我們有時是走海路，有時是飛在天空，有時還遁地。（因為我發明的“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，車燈亮了，我也看見了。過了20分鐘我們到了我的實驗室。
我的實驗室是一座摩天大樓。是有1000層的樓，我進了大門有十幾個機器人保安在此站崗，只有我的命令他們才能讓人進來。除了這里的保安。每層都有100個機器人保安。（因為我這棟大樓有非常重要的發明和機密，為了安全不得不這樣）我走到電梯，直上1000層我的發明屋。過了一秒，到了1000層。這是世界上最快的電梯，我發明的，我已經申請了專利。到了發明屋，首先是大門，這是驗指紋的，如果錯了，就會被紫外線射死，幾千只激光槍掃死。進了大門，是一顆大樹，這棵樹不是一般的樹是可以治洪水的大樹。只要它種在發洪水的地方，他就會馬上長成一棵參天大樹。把洪水吸光，把洪水存在樹中，然后轉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明，還在測試中。它是一種記憶芯片，它能為人類提高記憶，一下子能記下9999999999個單詞，而且是永不忘記的，是考試必備和白領必有。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％的時間在睡覺，白天也常常飛回蜂房，讓翅膀垂下來歇 。
蜜蜂學東西很快，它擁有5個記憶階段。像其它動物一樣，蜜蜂學東西建立在回報模式的基礎上。他說，“如果蜜蜂因某一行為得到了一次酬勞，它會記住一個星期。如果因同一種行為得到過3次酬勞，它這輩子都不會忘了”。
分子生物學已經證明，蜜蜂身上除了通常的短期、中期和長期記憶階段外，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物相似。人們已經在蜜蜂腦部神經網中找到了與這些記憶階段相對應的控制區域。
憑著出色的記憶，蜜蜂可以區分許多顏色圖案和香味。實驗證明，蜜蜂可以從50種甚至更多的氣味中準確地嗅出要找的那一種。
這就是未來的我！
關鍵詞：送餐服務；點/送餐；迎賓；娛樂
送餐機器人的應用范圍很廣，只要是服務行業都可以使用它，譬如在學校、醫院、餐廳等地方，都可以使用它來替代服務人員為顧客服務，大大滿足人們對快捷服務的需求。目前設計點餐，送餐、迎賓、娛樂等功能的一款送餐服務機器人，不但能提高服務效率，減少服務人員數量，更能建立餐廳特色，打造餐廳品牌，進而提升餐廳的業績。
1 總體設計方案
送餐機器人總共分為三個模式狀態，根據用戶的選擇，可以對三種模式進行切換，以下是對三種模式的描述。
模式一：點餐/送餐模式，一方面通過機器人攜帶觸摸屏顯示，向顧客呈現當前的菜單以及打折信息。另一方面通過手機或者按鍵模塊控制機器人移動，通過巡線傳感器、紅外線傳感器以及行走電機使機器人按照規定的行進路線前進，使機器人順利到達對應的餐桌位置。
模式二：迎賓模式設計，當用戶選擇迎賓模式時，則送餐機器人自動通過循跡走到相應的迎賓位置，并通過監測當有人進入時則機器人發出聲音。
模式三：娛樂模式設計，包括播放音樂、動作表演等。
設計是采用單片機（STC89C51RC）為主要控制電路，配有各式傳感器、執行驅動、人機交互、界面顯示等模塊。同時采用藍牙模塊配合手機使其創建鏈接，從而使手機通過藍牙模塊向單片機發送指令，人們可以通過手機藍牙執行相應的操作，完成送餐、點餐、娛樂等功能。如圖1所示。
2 機器人整體結構設計
機器人設計完成后，對其進行行走路線的設計，設計一條主干道，在主干道上增加幾條分支用來工位的設置。UG設計圖如圖2所示。
3 機器人系統測試
對于送餐機器人來說，行走路線的測試尤為重要，通過紅外線對黑標的色差識別，來達到巡線的目的，在機器人行走過程中，當機器人朝左偏時，則左電機速度提高，右電機速度下降。當機器人朝右偏時，右電機速度提高，左電機下降，使得機器人會走線。加工設計的機器人如圖3所示。
送餐機器人的使用讓服務行業的發展得到了更快的發展，會代替人力在餐飲業做到主導作用，這樣大大降低了人力成本，在市場經濟發展中有著不錯的前景，未來將是機器人的時代，高科技的時代。
參考文獻
[1]袁銀瑤，盧亞平.“探索者”全地形機器人創新設計[J].探索科學，2016，34（6）：195.
裝配實驗室全球連鎖，擁有幾乎可以制造所有產品的工具，供每一個有好點子的人免費使用，前提是創意共享。它們是業余發明家的“夢工廠”，讓人們相信，發明不只屬于科學狂人，也屬于普通百姓。
夢想成真
馬特·金看上去不太像一個發明家。他身材魁梧，肌肉結實，發型狂野，是澳大利亞一名橄欖球運動員，同時也是英國首家裝配實驗室一顆冉冉升起的明星。
他的發明創想源自幾年前一場家庭板球比賽。他的妹妹嫌老式木質板球拍用起來太費勁，于是改用網球拍打板球。馬特受到啟發：何不做一只有球拍線的板球拍？他把這個想法告訴朋友，遭到一片奚落。
2010年在英國切爾西比賽時，他所在俱樂部老板對馬特的球拍“狂想”頗有興趣。他介紹馬特到新開張的曼徹斯特裝配實驗室，那里有各種高技術制造工具。6個月后，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。
裝配實驗室2005年創建于美國波士頓，創始人是麻省理工學院物理教授內爾·格申菲爾德，初衷是讓任何有創意的人有機會將夢想變成實物。如今，全球已有35家連鎖實驗室，從冰島到阿富汗。
曼徹斯特裝配實驗室的墻壁上裝有一個大屏幕，實時播放世界各地實驗室里正在開展的項目，以隨時分享好創意。經理海登·英斯利說，實驗室讓人們相信，發明不只屬于科學狂人，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。他對自己管理的實驗室感到驕傲，這里有價值10萬英鎊的儀器設備，包括制作電路板和電腦芯片的機器；由電腦操控的大型電鋸，可以精確到亞毫米；還有一臺激光切割機，可以切割木材和布料，并將設計圖案印在這些材質上?！爸灰匆幌麓蛴℃I，就一切搞定，”英斯利說。
樸實創意
除馬特的網線板球拍外，曼徹斯特實驗室還誕生了不少新鮮樸實的發明。
13歲的塔伊布·謝赫有一個殘疾弟弟，他參加了一個年輕人護理團隊，并接受一項任務：為殘疾兒童設計一件作品。一次令他心有余悸的看牙經歷后，他冒出一個想法：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“有機會制作這樣一件作品實在美妙。”
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，于是參加了實驗室舉辦的一個為期20周的教學計劃“如何制作一切”，學費為3200英鎊，總部的格申菲爾德教授每周通過視頻會議向世界各地的學員講授課程。
每位學員都要有自己的作品。漢娜的想法是制作一把裝有內置音頻系統的雨傘，每到一處景點，可以自動播放該景點的講解“這會非常實用”。她甚至考慮在家鄉卡萊爾建一間類似實驗室。
年近六旬的戴維·福漢·貝利的妻子是電臺知名制作人，這些年來，他一直默默做著妻子背后的男人，專職在家帶孩子。如今，他希望走出妻子的陰影。他喜歡變魔術，來到實驗室后的第一個作品是為自己的魔術表演制作一個電子操控人偶。他說：“實驗室的理念令人興奮，曾經以為個人無能為力的事，如今可以牢牢掌控?！?/p>
實驗室?？痛骶S·巴克利是一名中年工程師，曾為博物館和倫敦西區展覽制作過各種機器人和電動寵物。他曾做過一個機器人，有點像英國著名科幻電視劇《神秘博士》中的機器人戴立克，雙腿可遙控，深受女性喜愛。受此啟發，他又做了一個迷你機器人班比諾，成本只有20英鎊，可供小孩探索、玩耍。
走向市場
拉塞爾·克利夫頓想做一個可以背在肩上的新型童車。他希望在曼徹斯特實驗室里完成這件作品，但又有些猶豫，因為實驗室的理念是“共享”，一旦你走進實驗室，就意味著你不再獨享某個好點子，需與其他人分享。
“你失去了知識產權，任何大公司都可以汲取點子精華，并申請專利，”克里夫說。在他看來，這是實驗室理念上最根本的缺陷。
不過，英斯利認為這個問題很好解決：“如果你想免費使用實驗室，就請分享創意；如果想保守秘密，就請付費使用。這筆收入將用于支撐實驗室里其他免費服務?！?/p>
英國商務大臣文思·凱布爾今年3月訪問實驗室時，強調需大力培養人才，因為他們的想法最終會變成實實在在的企業，促進英國經濟發展。目前，慈善機構制造學會每年資助實驗室25萬英鎊。
迄今，除馬特的網線板球拍外，曼徹斯特實驗室真正走向市場的發明屈指可數。盡管如此，英國著名設計師詹姆斯·戴森仍對實驗室贊不絕口：“裝配實驗室提供了實驗和創造的機會，把學校、企業和社區結合在一起，讓每個人有機會說‘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，實驗室的主要意義在于“概念的證明”，證明想法切實可行。目前有幾十家公司在與實驗室接觸，有興趣生產那些原創產品。至于是哪些產品，英斯利表示是商業機密。
國際合作
由于實驗室奉行“分享”理念，散落在世界各地的連鎖實驗室之間有廣泛合作。
2008年12月，冰島軟件開發商斯馬力·麥肯錫在阿富汗東部城市賈拉拉巴德一家醫院里，利用當地實驗室一臺舊電視機天線，為這座城市建立了一個無線上網網絡。
令人驚訝的是，這個項目并未受到的阻撓“他們可能會感到煩惱，因為我們帶來了知識，鼓勵女孩上學，但他們對此無計可施，”馬肯錫說。這個項目得到來自歐洲、非洲和美國實驗室的幫助。
荷蘭阿姆斯特丹實驗室經理阿歷克斯·紹布驚詫于印度尼西亞假肢的昂貴，一只假腿售價高達3700歐元。他決定采用印尼盛產的竹子為原料，替代昂貴的鋁，使成本降低至50美元。由于各個實驗室擁有同樣設備，阿歷克斯的設計可以在印尼實驗室復制。
“我們的期望是，到今年夏天，實驗室每天可以幫助兩名患者。他們早上來，下午便可以自己走著離開?！苯B布說。
西班牙巴塞羅那的“野心”更大，打算在全市每個區成立一個裝配實驗室，用于開發制作個性化產品。該市市長在競選時承諾，要把巴塞羅那打造成第一座“裝配城市”。
太陽能技術已經日趨成熟，在城市中的應用也日漸廣泛，但是能自然地融入城市，成為一道亮麗的風景，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。國外設計師受到啟發，設計了一系列不同形狀的太陽能發光樹，取名uTrec Urban Photovoltaic Tree。
這些太陽能發光樹采用現成的太陽能發電板，模擬自然狀態的樹木形狀，有根部、有枝椏、有樹葉，它白天采光、儲存電能，晚上發出幽幽光芒，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、博物館等公共設施提供電力。
前景
城市園林現在已經成為一個熱門行業，從中誕生了很多上市公司。如何能讓建筑既環保又綠色，還能和城市融為一體呢？太陽能發光樹提供了一個很好的概念。
手機監測河流污染
技術
安卓系統是開源的，因此任何人都能合法地利用其強大的功能，比如說監測河流污染問題。
加利福尼亞大學近日啟動了一項名叫“The Floatingsensor Project”的工程，目的是以第三方的角度研究監測污染對河流的影響。研究者將100多個裝有移動傳感器和檢測裝置的設備放入加利福尼亞最長的河流Sacramento河，傳感器隨著河水移動，并且能夠發送移動信號，因此可以很容易地自動收集相關信息，比如廢水、油污等污染在河流中擴散的情況。
整個傳感器內置了防水的充電電源，特別附帶了一個有GPS功能的Android智能手機，奧妙就在這里：通過手機上的軟件實時監測傳感器的數據，并隨同位置信息發送給研究者的電腦。當然，手機也是防水的。
前景
據悉整套傳感器僅花費了幾千美元，遠比官方復雜的設備和流程要簡單、方便、成本低。重要的是，任何個人都可以藉此獲得真實的第一手材料，研究者甚至希望該設備能成為未來美國甚至全球鑒定污染的標準工具。
電路自我修復
技術
你還記得《終結者2》里那個會自我修復的液態金屬AT1000嗎？現在，我們又向這個世界邁進了一步。美國伊利諾斯大學的研究團隊研發出一種電子電路，當電路斷裂時可以實現自我修復，恢復斷裂電路的導電性。
研究人員將直徑10微米的微膠囊沿著電路長度緊密排布，每個微膠囊里裝滿了鎵銦合金的液態金屬。一旦電路中出現裂縫，微膠囊就會釋放液態金屬，填充電路縫隙，恢復99%的導電性，使電路重新暢通。這項技術也可以應用于多層印刷電路板（PCB）上。不過，這項技術目前還不完美，膠囊開裂的可能性為90%，而且自我修復系統恢復的時間也只有數個微秒。
應用
在航空航天或重工業等工作環境惡劣的領域，設備運行疲勞或出現裂紋是不可避免的，查找和修復故障既費時又昂貴。這種技術使得人們不需要查明故障位置，而讓設備實現自我修復。對于普通消費者來說，摔懷的便攜式設備和電池可以在這種微膠囊的幫助下實現自我修復，從而提高設備的壽命和安全性，減少零配件的更換率，有利于減少有毒廢物，保護生態環境。
柔性機器人
技術
在你心目中，機器人是否還是那種機械、呆板、龐然大物的形象呢？柔性機器人或許會改變你的看法。美國哈佛大學化學與化學生物學系的研究團隊研發出一種柔性機器人，這種機器人能夠爬行、改變步態，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，使用柔軟而富有彈性的聚合物制造了一個四足機器人，能夠爬行和起伏運動。這個機器人的每條腿都能夠獨立控制，通過一系列的低壓通道由空氣壓縮驅動。機器人能夠穿過大多數障礙路徑，并在1分鐘以內的時間里通過執行一組協調性的運動從障礙物間擠過。
應用
傳統的機器人往往使用輪子和剛性金屬零件來制造，這些機器人往往笨重而又昂貴，能執行的動作類型有限，且無法通過特殊的地形。柔性機器人能夠將簡單的設計和復雜的運動結合起來，與金屬機器人相比，更不易受到機械損害，也能夠克服傳統機器人的一些應用限制。
每秒拍攝5000億幀照片
技術
高速攝影技術歷來是攝影愛好者們的最愛，科學家們則在不斷地追求極限。美國麻省理工學院（MIT）媒體實驗室的攝影文化研究團隊與該校化學學院的巴文迪實驗室聯合研發出一種新的成像系統一“飛秒”攝影技術。
這種成像系統在每秒內可拍攝5000億幀照片，曝光時間短達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作。這種攝影技術綜合運用了飛秒激光、皮秒精度檢測以及數學重建等技術才得以實現。
