尋找頂尖機器人:高中生(及其機器人)在科技挑戰賽中獲獎 [幻燈片]

在今年於紐約市舉行的區域性 FIRST 科技挑戰賽冠軍賽中,新晉工程師們讓他們的機器人一決高下


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紐約—儘管上週末陰雨寒冷,數十個機器人仍然走上賽場,參加在曼哈頓賈維茨中心舉行的紐約市 FIRST 科技挑戰賽 (FTC) 區域錦標賽。本次錦標賽考驗了 48 支高中生隊伍的技能和決心,他們在過去幾個月裡一直在構建、程式設計並以其他方式準備他們的機器人,以便在友好的 HotShot! 比賽中一決高下。

HotShot! 的目標非常明確——用大約 1200 個零件的套件構建一個機器人,使其能夠將塑膠球射入 13.7 平方米比賽場地內外的球門。獲勝隊伍是在每個兩分半鐘的回合中得分最多的隊伍。

由於本次錦標賽是由 迪恩·卡門的 FIRST(為了激勵和認可科學與技術)組織開發和主辦的,因此比賽不僅僅是球賽本身。機器人需要滿足許多規範:例如,每個機器人必須足夠小,能夠裝入 46 釐米的立方體內,並且在每個回合的前 30 秒內自主執行。同時,參賽者也受到許多規則的約束:每個回合以二對二進行,團隊結成聯盟,要求他們的機器人協同工作以擊敗對方聯盟。

在每個回合開始時,場上四個機器人中的每一個都依靠軟體和感測器來跟蹤其目標的位置、排列射擊角度,並希望得分——無需人類玩家的任何干預。在自主執行階段結束後,每隊一名學生使用類似影片遊戲控制器的裝置來駕駛他們的機器人在場地上移動。他們的目標是讓機器人擊中一個操縱桿,這將釋放更多的球到方形比賽場地,儘可能多地撿起球,並將它們射入他們隊伍的球門(一個球門離地面約半米,而另一個球門則在地面上)。在回合的最後 30 秒,機器人排在場地一側附近,並將儘可能多的球射入放置在比賽場地外約一米的紅色或藍色籃筐中。

FIRST 於 2005 年為 14 至 18 歲的希望獲得機器人技術、工程和數學實踐經驗的學生建立了 FTC 競賽。FTC 團隊規模各異(有些只有三名成員,而另一些則有十幾名以上)。每個團隊都有一名教練,通常是隊員所在學校的老師。有些團隊還有導師,他們幫助學生處理在比賽中取得成功所需的硬體、軟體和無線技術。機器人套件的成本約為 1,000 美元,可以逐年重複使用。團隊也允許自行購買額外的電機和其他零件。

根據 FTC 主管肯·約翰遜的說法,在每年設計遊戲時,規劃委員會都會考慮到專業工程師在為商業或科學用途構建機器人時遇到的困難。“例如,瞄準電子裝置是現實世界機器人技術中越來越多使用的東西,”他說,並補充說,今年比賽場地中心的球門有一個紅外信標,每個團隊的機器人都可以透過藍牙與之通訊,以幫助他們瞄準射擊目標。

約翰遜說:“將此與典型的學校科學技術教學系統進行比較,在那種系統中,老師將資訊推送給學生。我們正在扭轉這種局面,要求孩子們深入瞭解資訊背後,看看事物是如何運作的。”

FTC 組織者強調,該計劃的目標遠遠超出技術本身。“我們談論了很多關於機器人的事情,但這根本不是全部,”FIRST 執行顧問委員會主席、麻省理工學院機械工程名譽教授伍迪·弗勞爾斯說。“機器人是營地,營員們聚集在營火周圍。”

這個想法是讓技術對學生來說是真實的,而不是他們僅僅閱讀的東西。“是什麼讓孩子們留在工程領域?是實踐經驗,”來自布魯克林本傑明·班納克學院 B-BOTS 團隊的教練伊瑪尼·費舍爾說。

新澤西州利文斯頓高中長槍兵隊教練兼學校技術部門主管詹姆斯·諾沃特尼說:“這為孩子們提供了社交聯絡體驗,讓他們可以圍繞技術進行協作——而不是體育或流行音樂。”

在整個北美地區有 50 個區域性 FTC 錦標賽,各個團隊在其中競爭成為 4 月在亞特蘭大舉行的全國錦標賽 100 支隊伍之一的機會。FTC 組織者向有興趣參賽的國際團隊發出了一些邀請,儘管亞特蘭大的大多數團隊將來自美國、加拿大和墨西哥。試點 FTC 活動今年正在中國和印度舉行。

FTC 是 FIRST 提供的幾項機器人競賽之一。其他競賽包括面向 14 至 18 歲年齡段的 FIRST 機器人競賽 (FRC) 和麵向 6 至 16 歲年齡段的 FIRST 樂高聯賽 (FLL)。在 FRC 中,它需要最多的技術知識並且加入費用最高,學生們構建更大的機器人在更大的比賽場地上競爭。FLL 分為常規組和青少年組,學生們主要用樂高零件組裝機器人。

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