家有少年初長(zhǎng)成
——訪湖南師大附中高新實(shí)驗(yàn)中學(xué)謝涵

■本刊記者 秦銀銀

睡個(gè)好覺，很有必要！

2020年世界睡眠日的主題是“動(dòng)靜之間，健康睡眠”。睡眠作為生命所必需的過程，是機(jī)體復(fù)原、整合和鞏固記憶的重要環(huán)節(jié)，是健康不可缺少的組成部分。然而，世界衛(wèi)生組織最近的調(diào)查結(jié)果顯示，27%的人有睡眠問題。

如何改善睡眠？有人用食療，有人靠藥物，也有人用精神療法，還有一些人干脆自暴自棄。湖南師大附中高新實(shí)驗(yàn)中學(xué)九年級(jí)學(xué)生謝涵另辟蹊徑，與長(zhǎng)沙市雷鋒學(xué)校的兩位同學(xué)一起設(shè)計(jì)了一款智能枕頭。在第二十三屆全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)·一帶一路暨金磚國(guó)家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽中亮相后，智能枕頭收獲了評(píng)委與觀眾的一致點(diǎn)贊，最終榮獲金獎(jiǎng)和寶武青少年專項(xiàng)獎(jiǎng)，還被推薦參加2020年度巴黎國(guó)際發(fā)明展。

這是謝涵在2019年收獲的全國(guó)科技創(chuàng)新類賽事的第四塊獎(jiǎng)牌。靦腆的他對(duì)自己取得的成績(jī)并不多言，只是強(qiáng)調(diào)“做得還不夠”。

助人入眠，想出好辦法

謝涵看過一篇名為《丟失的睡眠》的報(bào)道，里面提及全世界約有14億人被失眠困擾，失眠還會(huì)引發(fā)抑郁癥等。如何解決這一難題？

謝涵想在不改變?nèi)藗兯吡?xí)慣的前提下，通過為枕頭植入傳感器監(jiān)測(cè)人的睡眠情況。“整個(gè)裝置用單片機(jī)控制，平躺時(shí)，枕頭降低；側(cè)臥時(shí)，枕頭升起，這樣不論人們采用哪種睡姿，枕頭都能貼合人體睡覺時(shí)的頸椎曲線，提高睡眠質(zhì)量。”

然而，很多人都無法做到一躺下就睡著。由于各種原因，人們總是在床上輾轉(zhuǎn)反側(cè)、難以入眠。謝涵設(shè)想讓枕頭播放音樂，通過音樂循序漸進(jìn)地調(diào)整腦電波的狀態(tài)，讓人逐漸入眠，進(jìn)而進(jìn)入深度睡眠。

當(dāng)人打鼾或講夢(mèng)話時(shí)，智能枕頭還能自動(dòng)記錄，鬧鐘會(huì)在設(shè)定的時(shí)間播放鈴聲，讓人由深睡到淺睡，輕松、自然地醒來。

受汽車檢修升降臺(tái)的啟示，謝涵運(yùn)用雙向絲桿的運(yùn)動(dòng)原理，用激光雕刻機(jī)制作了一個(gè)木制的智能枕頭升降裝置，它的外部套了一個(gè)柔性套子，能用手機(jī)上的App控制，根據(jù)每個(gè)人的睡眠習(xí)慣調(diào)整枕頭的高度，助人入眠。

帶上智能枕頭升降裝置，謝涵滿懷信心地參加了第五屆全國(guó)青少年創(chuàng)意程與智能設(shè)計(jì)大賽。然而，在現(xiàn)場(chǎng)答辯環(huán)節(jié)，評(píng)委認(rèn)為：“枕頭的制作材料有些硬，會(huì)磕腦袋，實(shí)用性不強(qiáng)。”作品僅獲二等獎(jiǎng)。謝涵內(nèi)心很不是滋味，但回到家中，他還是冷靜下來，針對(duì)評(píng)委的意見對(duì)作品進(jìn)行改進(jìn)，將硬邦邦的木質(zhì)枕頭換成了可用微型氣泵控制充、放氣的可充氣枕頭，大大提升了舒適性。

帶著“第二代”智能枕頭，謝涵在第二十三屆全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)·一帶一路暨金磚國(guó)家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽收獲了評(píng)委和觀眾的一致好評(píng)。

細(xì)察入微，聚焦遠(yuǎn)光燈

謝涵的爸爸是一名中學(xué)科技教師，受爸爸的影響，很小的時(shí)候，謝涵就開始接觸航模和遙控賽車，甚至無人機(jī)。與很多同學(xué)從小就學(xué)習(xí)各種藝術(shù)特長(zhǎng)不同，直到六年級(jí)謝涵才參加了少年宮的培訓(xùn)班，學(xué)習(xí)電子技術(shù)、Arduino編程基礎(chǔ)等。

一次，參加完比賽之后有一場(chǎng)科技類的講座，謝涵興致勃勃地聽著，無論是可視化編程還是汽車模型的構(gòu)造，都讓他漸漸入迷。講座結(jié)束后，他組裝了汽車，用電腦程序當(dāng)遙控器、鍵盤作方向鍵，與在場(chǎng)的同學(xué)一起進(jìn)行了一場(chǎng)“汽車碰撞”大賽。這次經(jīng)歷讓謝涵從此對(duì)編程和汽車入了迷。

因?yàn)榻?jīng)常坐爸爸的車，謝涵發(fā)現(xiàn)，汽車夜間會(huì)車時(shí)，必須將遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換成近光燈，雙方駕駛員才能辨明方位，而會(huì)車后又要及時(shí)將近光燈轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)光燈，才有利于夜間行車安全。

目前，這種轉(zhuǎn)換由駕駛員手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)。但駕駛員的技術(shù)、道德素養(yǎng)參差不齊，汽車夜間會(huì)車時(shí)，不轉(zhuǎn)換燈光者較多，而且遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換成近光燈時(shí)，光線突然變暗，人眼來不及適應(yīng)，為機(jī)動(dòng)車夜間行駛埋下了安全隱患。

于是，謝涵設(shè)計(jì)了一種基于Arduino的汽車安全照明裝置，它能在汽車夜間會(huì)車時(shí)將遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換成近光燈，且能使遠(yuǎn)光燈延時(shí)變暗，會(huì)車結(jié)束后近光燈又能自動(dòng)轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)光燈。這個(gè)作品讓他收獲了第十九屆湖南省中小學(xué)電腦制作活動(dòng)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

初出茅廬，不輕言放棄

2019年剛放暑假，謝涵就與同學(xué)李喆鈺搭檔，一起為第十七屆NOC智能機(jī)器人工程任務(wù)挑戰(zhàn)賽做準(zhǔn)備。而這其中的曲折，也讓謝涵苦不堪言。

參賽的機(jī)器人分為搬運(yùn)機(jī)器人和清障機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)器人因?yàn)橐獖A貨物，所用電機(jī)分為動(dòng)力電機(jī)和夾貨電機(jī)，而夾貨電機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)啟動(dòng)過熱保護(hù)，電機(jī)的固定支架也會(huì)松脫。測(cè)試機(jī)器人的場(chǎng)地靠近窗戶，正常光線下調(diào)試，機(jī)器人可以按路線行駛，但艷陽高照時(shí)，由于光線變化大，機(jī)器人就“找不著北”了……

一次次的失敗讓謝涵有些沮喪，但他還是和同伴耐著性子，通過排查與反復(fù)調(diào)試，換掉性能不佳的電機(jī)，甚至將主板全部換掉，這才解決了所有的問題。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，由于人多、場(chǎng)地少，導(dǎo)致要排很長(zhǎng)時(shí)間的隊(duì)。好不容易輪到他們，最后測(cè)試了三次才成功完成任務(wù)，這讓謝涵和隊(duì)友心里有些忐忑。

正式比賽開始了，內(nèi)容是營(yíng)救“受災(zāi)群眾”，清除陸地障礙，運(yùn)送物資給“受災(zāi)人群”，維持他們的“生存”。每個(gè)參賽小組有兩次機(jī)會(huì)，在第一次中，謝涵組的機(jī)器人因?yàn)檩喬ゴ蚧x了賽道，任務(wù)以失敗告終。第二次時(shí)，他沉著應(yīng)對(duì)，平穩(wěn)地讓機(jī)器人完成了任務(wù)。

“干什么事都要不斷嘗試，更要磨練。一次成功不算什么，保持較高的成功率才是關(guān)鍵。”謝涵始終保持著謙遜的心態(tài)。

在第十九屆全國(guó)中小學(xué)電腦制作活動(dòng)創(chuàng)客嘉年華中，通過抽簽，謝涵與杭州的兩名同學(xué)臨時(shí)組隊(duì)參加現(xiàn)場(chǎng)決賽。經(jīng)過協(xié)商，他們決定做一個(gè)智能沙發(fā)，謝涵負(fù)責(zé)編程，另外一個(gè)男生負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)搭建，女生則負(fù)責(zé)制作PPT和視頻。一開始，他們決定賦予智能沙發(fā)自動(dòng)遞水、感應(yīng)閱讀燈、智能云臺(tái)、美化裝飾等4個(gè)功能，但經(jīng)過討論，他們發(fā)現(xiàn)裝飾功能沒必要，智能云臺(tái)功能在技術(shù)上又達(dá)不到。所以，他們選擇主攻自動(dòng)遞水和感應(yīng)閱讀燈這兩個(gè)功能。在答辯環(huán)節(jié)，雖然這兩個(gè)功能都能按設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)，但因?yàn)樾乱獠粔颍悄苌嘲l(fā)最終只獲得銅獎(jiǎng)。

對(duì)此，謝涵雖然也很遺憾，但他卻認(rèn)為，比賽的過程更能讓人成長(zhǎng)：“從這次競(jìng)賽中，我學(xué)習(xí)了視頻與PPT的基本制作，懂得了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性，還明白了熟悉Arduino模塊用法和應(yīng)用場(chǎng)景的重要性。”

科技創(chuàng)新的過程既艱辛又充滿樂趣，謝涵從實(shí)際出發(fā)，創(chuàng)意“智”造，“倒逼”自己去學(xué)習(xí)相應(yīng)的技術(shù)知識(shí)，他想用一塊塊積木、一行行代碼、一張張藍(lán)圖，打造一段不一樣的青春。