走近神奇的科學(xué)世界

思源

最近，喬喬木從《學(xué)與玩》小科學(xué)院的老師那里聽說(shuō)，第六屆全國(guó)青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽（以下簡(jiǎn)稱“大賽”）十分有趣。他有些疑惑：“這個(gè)大賽是怎么回事呀？

編輯姐姐解答了他的疑惑：“大賽由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，和我們《學(xué)與玩》的全國(guó)中小學(xué)生繪畫書法作品比賽一樣，也是經(jīng)教育部公布確定的2019年度面向中小學(xué)生開展的全國(guó)性競(jìng)賽活動(dòng)之一。和我們《學(xué)與玩》雜志也算很有緣了。”“真的嗎？”可樂王很感興趣地問道，“那大賽都有什么內(nèi)容啊？

“本屆大賽圍繞‘智能、環(huán)保、教育三大主題，分為‘創(chuàng)意作品和‘科普實(shí)驗(yàn)兩個(gè)單元。不僅有既實(shí)用又好玩的機(jī)器人、精美絕倫的細(xì)菌畫，選手還可以在‘風(fēng)能利用和‘未來(lái)教育兩個(gè)命題下，親手做實(shí)驗(yàn)。是不是很有意思？參賽者由此一定會(huì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)科學(xué)的魅力，我們一起去參觀一下吧！編輯姐姐說(shuō)道。喬喬木和可樂王興奮地答應(yīng)了。

智能控制

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，有著廣闊的前景。人們對(duì)智能控制越來(lái)越關(guān)注，因此大賽設(shè)置了這樣一個(gè)命題。你們可以通過命題下的作品簡(jiǎn)單了解一下人工智能技術(shù)，看看如何運(yùn)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，以及人工智能技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮的作用。這次的選手是圍繞“創(chuàng)意讓生活更美好”這一主題進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的，我們?nèi)タ纯茨切┳髌罚惺芤幌氯斯ぶ悄芗夹g(shù)的神奇與它們?cè)趧?chuàng)造美好生活方面的作用。

編輯姐姐，人工智能是不是都是機(jī)器人啊？不全是，人工智能涵蓋的范圍很廣，除了機(jī)器人，還包括很多方面。我們?nèi)タ纯磪①愖髌肪椭懒恕?/p>

快手魔方機(jī)器人

這個(gè)機(jī)器人看上去并不靈活，它真的能解魔方嗎？

所謂“人不可貌相”機(jī)器人也是如此。別看它外形笨拙，但它可以模仿人類雙臂和手指的動(dòng)作，更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)定地還原魔方，你們要不要試試？

喬喬木把魔方弄亂，然后將其放到指定部位。機(jī)器人的“手指”飛快轉(zhuǎn)動(dòng)，不到10秒的時(shí)間，魔方就已經(jīng)復(fù)原了。可樂王把魔方弄得更亂，又試了一次，這次用時(shí)稍微長(zhǎng)了一些但也只有10秒多一點(diǎn)兒。兩個(gè)人不禁目瞪口呆。

這款機(jī)器人通過攝像頭采集色塊信息，并對(duì)色塊信息進(jìn)行處理，最后通過訓(xùn)練特征、識(shí)別完整魔方圖像，提取出顏色信息。經(jīng)過特殊算法，運(yùn)用機(jī)械，最后達(dá)到還原魔方的效果。

太厲害了，這個(gè)機(jī)器人真有意思！

編輯姐姐，這個(gè)機(jī)器人好像更傾向于娛樂功能，有沒有方便人們生活的？

當(dāng)然有！

物聯(lián)語(yǔ)音鞋管家

你們看，這是來(lái)自重慶的選手設(shè)計(jì)的智能鞋管家。

編輯姐姐，這不就是鞋柜嗎？

這可不是普通的鞋柜，它不僅可以自動(dòng)擦鞋和除塵，還可以對(duì)鞋子進(jìn)行除濕消毒。另外，這個(gè)鞋管家還可以用語(yǔ)音控制。

比如你們告訴它自己要去做什么，鞋柜會(huì)直接打開相應(yīng)的柜門，并告訴你們，相應(yīng)的鞋子已經(jīng)為你們準(zhǔn)備好了。此外，它還會(huì)播報(bào)天氣，告訴我們天氣情況，為我們出行的穿著提供參考。

這也太方便了吧！編輯姐姐，我可以試試嗎？得到許可后，喬喬木很興奮地跑到鞋管家面前：去運(yùn)動(dòng)。

鞋柜果然打開了其中的一扇柜門，還傳來(lái)了機(jī)械的聲音：込幼鞋己カ禰準(zhǔn)蚤好。

去上班

鞋柜的另一扇柜門被打開了：皮鞋已為你準(zhǔn)備好。

你是誰(shuí)？

喬喬木本來(lái)只是想開個(gè)玩笑，誰(shuí)知道，鞋柜很快回答道：我是智能鞋柜，是用MG開源語(yǔ)音控制板和mega2560單線機(jī)控制板聯(lián)合設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人。我能利用語(yǔ)音和主人交流，并且聽從主人的指令;我能自動(dòng)管理鞋柜中的空氣質(zhì)量和溫濕度，防止鞋子潮濕和發(fā)霉;我還可以播報(bào)天氣情況給主人提供出行指導(dǎo)。

這個(gè)鞋柜也太智能了吧，幾乎所有人都可以用！

是啊，以前不是有相機(jī)被稱為“傻瓜相機(jī)嗎？這就是‘“傻瓜鞋柜”啊！

這個(gè)稱呼倒是很恰當(dāng)而且，這個(gè)鞋柜還可以用手機(jī)APP（應(yīng)用程序）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可以說(shuō)相當(dāng)方便了。

編輯姐姐，還有沒有其他有趣的機(jī)器人？當(dāng)然有了，我們?nèi)タ茨沁叀?/p>

你們看這款機(jī)器人，它是基于深度學(xué)習(xí)的智能排爆無(wú)人機(jī)。

這個(gè)是用來(lái)排除炸彈的嗎？

對(duì)呀，炸彈對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的威脅。軍人在實(shí)彈訓(xùn)練中，如果遇到未爆彈，會(huì)有生命危險(xiǎn);一些犯罪分子、恐怖分子如果在作案過程中用到炸彈，會(huì)嚴(yán)重危，害人民安全，妨礙社會(huì)治安。為了解決這些問題，選手們?cè)O(shè)計(jì)了這款機(jī)器人。

那這款機(jī)器人是什么原理呢？

這款機(jī)器人的功能分為識(shí)別和排爆兩部分。其中，識(shí)別部分采用基于OpenCV+TensorFlow深度學(xué)習(xí)，通過前期采集的大量未爆彈圖像數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行模型訓(xùn)練。在實(shí)戰(zhàn)中，計(jì)算無(wú)人機(jī)傳回來(lái)的數(shù)據(jù)，定位未爆彈位置。爆破部分則基于多自由度手臂設(shè)計(jì)，進(jìn)行定位爆破或采用機(jī)械臂遠(yuǎn)程控制，達(dá)到爆破的目的。這個(gè)設(shè)計(jì)具有快速、簡(jiǎn)單、背景誤檢率低、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

太好了，這樣我們的解放軍叔叔和警察叔叔在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，就安全多了！

編輯姐姐，這個(gè)機(jī)器人大概沒辦法召回吧？是呀，這確實(shí)是一個(gè)難題。不過，隨著科技的發(fā)展，相信未來(lái)會(huì)出現(xiàn)召回率更高的排爆機(jī)器人。

編輯姐姐，這里的機(jī)器人太有趣了！快點(diǎn)兒帶我們?nèi)タ纯雌渌麢C(jī)器人吧。

輔助機(jī)器人

這不就是普通的自行車嗎？不對(duì)，這上面好像還有電線連著。

這輛自行車的前面還有接線板，應(yīng)該是有一些特殊的功能吧。

這是選手們?cè)O(shè)計(jì)的多功能自行車輔助機(jī)器人，可以自動(dòng)剎車、防止摔倒、刷卡解鎖和落鎖。值得一提的是，它還可以通過車上的陀螺儀檢測(cè)，如果靜止時(shí)間超過2分鐘，便會(huì)自動(dòng)落鎖，防止被盜。

這個(gè)好適合我，我好想要這樣一輛自行車啊！

編輯姐姐，我聽說(shuō)這次選手們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人好像還有一些專門幫助殘疾人的。

是呀。你們看，這是選手設(shè)計(jì)的人工智能盲人閱讀助手，它可以把普通的書本內(nèi)容轉(zhuǎn)化成盲文，供盲人閱讀。還有這個(gè)智能導(dǎo)盲杖，它用超聲波測(cè)距，并有夜間照明提示，可以很好地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。另外，如果發(fā)生意外，它可以通過對(duì)盲人倒地狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行近端和遠(yuǎn)端的報(bào)警求助。

這么多機(jī)器人看下來(lái)，真的能體會(huì)到智能控制給生活帶來(lái)的方便。

是呀，而且，我還發(fā)現(xiàn)，原來(lái)機(jī)器人不都是像人的啊！

前段時(shí)間，中國(guó)兒童中心成立了兒童人工智能教育研究院。你們可以關(guān)注一下，加強(qiáng)對(duì)人工智能的了解。好了，看過了“智能控制”給生活帶來(lái)的方便，我們?cè)偃タ纯础吧锃h(huán)境帶來(lái)的美吧。

生物環(huán)境

喬喬木和可樂王見到“生物環(huán)境”這個(gè)命題下的參賽作品后，被這些作品驚艷到了而最神奇的是，這些作品的原材料居然是細(xì)菌……

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)生物環(huán)境方面的研究逐漸加深，生命科學(xué)研究和生物技術(shù)革新充滿了不可估量的前景。你們看這些作品，有沒有覺得生命科學(xué)很有趣？相信選手們通過這些作品，也會(huì)更喜歡生命科學(xué);而且，他們還可以運(yùn)用科學(xué)知識(shí)及創(chuàng)新意識(shí)去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。這次大賽以培養(yǎng)基平板細(xì)菌畫為依托，以‘初心”為主題，選手就是根據(jù)這個(gè)命題進(jìn)行創(chuàng)作的。

編輯姐姐，這些細(xì)菌畫的顏色是后期涂上的嗎？

樂當(dāng)然不是！這些都是細(xì)菌在培養(yǎng)基上呈現(xiàn)的顏色。細(xì)菌本身是沒有顏色的，但是有些細(xì)菌可以產(chǎn)生色素，尤其是在培養(yǎng)基上，因?yàn)椴煌纳磻?yīng)，會(huì)使菌落產(chǎn)生不同的顏色。

菌落是什么？

菌落是指細(xì)菌在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)發(fā)育，形成以母細(xì)胞為中心的一團(tuán)肉眼可見的、有一定形態(tài)構(gòu)造等特征的子細(xì)胞集團(tuán)。

是的。舉個(gè)例子，你們看這幅《雅荷》，就是利用粘質(zhì)沙雷氏菌釋放紅色的靈菌素，金黃色葡萄球菌釋放金黃色色素，銅綠假單胞桿菌釋放綠色的綠膿素，這才有了你們現(xiàn)在看到的畫面。

喬喬木和可樂王湊近看

了看，完全不敢相信，如此漂亮的顏色，居然是細(xì)菌自2呈現(xiàn)的顏色。

這里的這些細(xì)菌畫，運(yùn)用的都是這樣的原理，你們可以慢慢看。

自我介紹：

我的成分很復(fù)雜，且聽我一一道來(lái)。細(xì)菌：金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、海水芽孢桿菌;霉菌：黑曲霉、產(chǎn)黃青霉;放線菌：涇陽(yáng)鏈霉菌;酵母菌：魯氏酵母。

我從望月興嘆、登月眺望、展望太虛三個(gè)階段，展示了我國(guó)的飛天夢(mèng)。從古至今，人們對(duì)太空的向往從來(lái)沒有變過，這是我國(guó)人民的初心，更是無(wú)數(shù)天文學(xué)家、航天工作者的初心。

自我介紹：

我是由海水芽孢桿菌所繪，展示了京劇這一傳統(tǒng)戲曲文化。隨著時(shí)代的發(fā)展，京劇與人們的生活變得有些遙遠(yuǎn)。我用簡(jiǎn)單的顏色，描繪了京劇中的旦角，是不是很漂亮？選手們說(shuō)，要通過我的美喚醒人們對(duì)戲曲的初心——傳承文化，實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想！

自我介紹：

我的主要成分是大腸桿菌，有沒有被嚇到？我叫鴿送和平，聽上去是不是很像“歌頌和平”？選手們懷著“和如初平戰(zhàn)心”的創(chuàng)作理念，以菌為翰墨，以皿為宣紙，創(chuàng)作出了我。他們借我向全世界呼喚：人類需要和平，世界需要和平！

自我介紹：

我的主要成分是大腸埃希氏菌，而且是不會(huì)致瀉的埃希氏菌哦！選手們用它繪制了我。他們選擇了西藏的特殊生物——牦牛和藏羚羊，以此表現(xiàn)青年人扎根西藏、艱苦奮斗、勇攀高峰的決心和毅力！另外，這兩種動(dòng)物也代表了人與自然的和諧相處。

生命科學(xué)太有意思了！我第一次知道，細(xì)菌還可以作畫，而且還這么漂亮！

是呀，我也是第一次見到。以前只知道很多細(xì)菌對(duì)人有害，但也有些細(xì)菌對(duì)人有幫助。沒想到，細(xì)菌還可以制作藝術(shù)品！

編輯姐姐，我們回去以后可不可以嘗試這個(gè)細(xì)菌畫？

當(dāng)然不行了。剛才可樂王也說(shuō)了，很多細(xì)菌對(duì)人是有害的。選手的這些作品都有專門的老師指導(dǎo)，有安全保障。你們不具備這個(gè)條件，千萬(wàn)不要輕易嘗試。

好遺憾啊！

你如果真的喜歡，就好好學(xué)習(xí)吧。以后，一定可以像這些哥哥姐姐一樣，畫出自己的細(xì)菌畫作品。

太好了！我一定會(huì)好好努力的。

這次比賽除了這些已經(jīng)做好的作品，還有一些需要選手現(xiàn)場(chǎng)組隊(duì)、當(dāng)場(chǎng)完成的作品。比如“智能控制”和“風(fēng)”能利用”這兩個(gè)命題，都是采取半開放式的比賽方式。選手現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)取材料，再動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，更見選手的功底。

那我們?nèi)タ纯窗伞薄?/p>

喬喬木、可樂王在編輯姐姐的帶領(lǐng)下，觀看了選手們的現(xiàn)場(chǎng)制作，對(duì)他們?cè)桨l(fā)佩服。

編輯姐姐，那些大哥哥、大姐姐太厲害了！而且，科學(xué)太有意思了！我一定好好學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，將來(lái)像那些大哥哥、大姐姐一樣參加這個(gè)比賽！

小讀者們，看了選手這些新奇的作品，你們是不是也覺得科學(xué)很神奇、很有趣？而且，科學(xué)還可以和藝術(shù)結(jié)合，經(jīng)過科學(xué)的方法，連讓人頭疼的細(xì)菌都變得可愛了。

其實(shí)，我們的生活中，到處都有科學(xué)的有趣案例。如果你有什么新奇的想法，可以請(qǐng)教一下老師，在保證安全的情況下，自己動(dòng)手嘗試。到時(shí)候，歡迎和編輯姐姐分享你們的成果哦！

隨著科技的發(fā)展，相信科學(xué)在給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，也可以給我們帶來(lái)更多美的享受！