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说起机器人大赛,很多人都会联想到火爆的格斗场面和“全副武装”的机器人,更有人会联想起美国大片中的铁甲机器人擂台赛。而在现实中,机器人竞赛没有华丽火爆的场面,比拼的也不是格斗杀敌的暴力技能,操作者也不是科学怪人或者器械狂人。
在现实中的机器人大赛里,大家比拼的是机器人的灵活性和应用性。比赛中,机器人能像人一样踢足球,也能替代人去完成特殊环境下的危险作业,此外,机器人不只是刻板地完成指令,还能在设计者的创意中体现出令人耳目一新的功能。
在天津,提起机器人大赛,就必须提到上海道小学,别看这支队伍的最小成员只有小学三年级,但回顾每一年的参赛战果,无数冠军、金奖绝对能让你惊叹不已。今年5月,在天津机器人竞技选拔赛中,上海道小学代表队再次夺冠。这一成绩,让代表队领队夏瑞倍感欣慰。
机缘巧合结识机器人
今年42岁的夏瑞老师一直从事计算机课程的教学,提起上海道小学机器人小组的成立,夏老师说这里还有一段故事。在接触机器人之前,上海道小学的计算机兴趣培养一直是该校的一大特长。1999年,副校长带着兴趣小组的队员到广州参加计算机大赛,在进入赛场参观之前,恰好看到一组学生在遥控一部像车一样的机器人,这部神奇的机器人立即引起了大家的兴趣。通过交流询问,大家第一次知道了机器人大赛这项新生事物。在了解了机器人的工作原理后,校长很快意识到,这是一项集计算机和人工操控能力于一身的综合性项目,而且在国际上早已流行起来。于是,在回到天津之后,校方立即着手设置机器人兴趣小组,并为学生们购置了设备,自此,上海道小学机器人小组正式成立。
眼下,夏瑞带领的机器人代表队正在为7月举行的中国青少年机器人竞赛备战,机器人二对二足球赛代表队由五年级的刘玉冰和吕修雯参赛。说起这两名小队员,夏瑞很为她们感到自豪,在以往的比赛中,通常会有男同学和女同学共同组队相互配合比赛,自建组以来,这是第一次由两名女生组队参加全国大赛,但她们的实力却不输任何一届小组队员。夏瑞介绍说,别看刘玉冰和吕修雯都是女孩子,但两个人从三年级就开始参加训练,四年级结束前,刘玉冰和吕修雯分别取得了全国和天津市的机器人大赛冠军,可谓实力超强。
机器人球赛有大学问
机器人足球比赛难道和真人比赛一样吗?面对这个问题,夏瑞介绍道,机器人足球赛,是二对二进行的,两部机器人负责攻守,一般小组循环赛取前两名进入十六强淘汰赛,经过筛选,胜一场记三分、平一场记零分,负一场减一分,决赛没有平局,只有五分钟加时赛,平局则计算被判出局的次数分胜负,如果还不能分出胜负,则对机器人进行称重,重量较轻的一方获胜。
一般来说,比赛场地全面封闭,四部机器人在长两米宽一米五的场地内进行比赛,赛前由选手对编制的程序进行多次调试,场地内设有六个置球点,由机器人自行识别、控球,并绕过对方选手射门。比赛中,冲撞是难免的,这时就要考验机器的稳定性,一旦机器人选手出界,就要被判罚停赛20秒,然后继续比赛。“大赛全面封闭,教师不能给予指导,孩子们也不是自己遥控,而是编程进行调试后再进行比赛,对孩子来说,这类赛事考验实际操作能力,也考验他们的应变力。”夏瑞称,足球赛中,设备的动力来源只有6节干电池,如果器械过重,虽能保证稳定性,但势必增加耗电量,一旦出现中场没电的状况,将会落入不利的境地。每一年,学生和教师都在研究如何保证机器的待机能力。虽说一部机器人看上去和一辆玩具电动车差不多,但其中蕴含的科技精髓却深不可测。
对机器人着迷的孩子越来越多
带队多年,夏瑞指导过的队员已经有数百人,到如今他都无法记清究竟有多少孩子脱颖而出。每一年,由于毕业班的孩子要兼顾学业和比赛,学校就要在孩子五年级的时候着手选拔新生力量,于是,在上海道小学,从三年级起就有学生陆续加入机器人小组。
“每年的更新人数大约都有50人,要记住所有人很难,但我知道孩子们对机器人的热情很高。”夏瑞说,孩子各有各的优点,但对机器人的热爱都是一样的,只有对搭建机器、空间想象和编程着迷的孩子,才符合队员的条件。眼下,对机器人小组感兴趣的同学越来越多,甚至还有从外校慕名而来的学生想要参与其中。对此,夏瑞表示,一般来说,孩子只要对机器人有热情,并且综合实力符合条件,他们都希望能够吸纳到队伍中来。上海道小学正在筹备下学期的机器人课程,夏瑞希望培养更多的机器人操作选手,在未来的比赛中取得更傲人的成绩。
五问达人
城市快报(以下简称“快报”):机器人的构成是不是很复杂,其工作原理是什么?
夏瑞:可以把机器人看做一个人,正常情况下,机器人具备可移动的身体结构、一部动力装置、传感系统、电源和一个用来控制整体的计算机。机器人的工作原理其实就是按照制造者发出的指令,去模仿行为或者完成某些动作。机器人的操作原理,应该说既简单也复杂,好的机器人需要高性能的处理器,也就是计算机“大脑”,其中的智能识别系统和视野识别系统都必须保证高性能,就和人类辨别自身视野内的物体一样,能做到准确无误,需要准确复杂的编程。
快报:据说全球的玩家高手如云,对比实力,上海道小学机器人小组的强项是什么?
夏瑞:机器人大赛的项目很多,从足球、体操到武术几乎全都覆盖过来了,整体说来,比赛的种类有65项,从运动到医疗救助,从竞技到特殊作业,机器人几乎都可以参赛。从年龄上划分,不仅仅是少儿组,中学以及大学生队伍也在参加这类高科技竞赛,每支队伍的实力都很强。如果非要对比,眼下上海道小学的创意项目和足球项目都相对强一些。
快报:在你的印象中,哪次比赛最难忘,哪个学生最特别?
夏瑞:国际国内的比赛参加了很多,其实每次比赛对我来说都很重要,最难忘的一次就是第十届中国青少年机器人竞赛小学组足球比赛。那次比赛我们队参赛十几场,一球都没有丢,这里面既有技术的成分,也有幸运的成分,可以说全程都很精彩,我很难忘。说到孩子,我带过的学生太多了,每个选手都很优秀,有些孩子现在都已经上大学了。比如易江南,估计今年都上大二了,他曾经拿过全国创意大赛冠军,作品名叫“家之未来”,我现在还保留着他小学时的照片。
快报:在选拔小组成员时,哪类学生最符合参赛要求?
夏瑞:机器人的性能决定比赛的成败,对小选手来说,首先要具备很强的逻辑思维能力。因为机器的运行需要编程来控制,所以编程的能力必须超常。此外,想象力和较强的动手能力也很重要,因为在创意大赛中,只有善于创新的孩子才能发挥实力,动手能力考验的是孩子们组装机器并且不断进行调试的能力,这点对于机器人在场上的灵活操作是很重要的。在选手中,男女学生的比例几乎是各占一半的,有时候女孩子的能力甚至比男孩子还强,女孩子很善于操作。
快报:能不能说说今年参赛选手的特长和机器人的特性?
夏瑞:前面也提过,刘玉冰和吕修雯的综合实力都很强,而且都是女生,这种参赛组合在上海道小学还是第一次。刘玉冰的心理素质较好,比赛时能够保证稳健的状态,具有带队的能力。吕修雯在打持久赛的时候,耐力惊人,这些都是她们的强项。再说说机器人,我们小组每年都会对机器人进行更新换代,加强其反应速度、灵敏度和待机时间,可以说这些特性年年都在增强,但对手的实力也在增强,对待比赛,我们还是不能掉以轻心。
由于正在备战即将举行的第十二届中国青少年机器人竞赛,上海道小学的参赛机器人和战术还属于“机密”,不便透露。但是,我们可以通过这些图片,对学生自己设计的机器人了解一二。
左上图:学生在调试行走机器人进行直线运动。右上图:学生研制创意行走机器人。右下图:夏瑞老师指导学生制作机器人。