和歌山课外研究节和机器人

机器人 2018年02月08日

国立和歌山大学有一个叫作“学生自主创造科学中心”(现在改名为”协动教育中心”)的机关。自1998年起,每年举办一次供高中和大学的在校生公开发表课外调查研究活动和成果的活动。我担任过此活动的组委数年,作过包括活动宣传,评选项目,找会场,征集志愿者,布置会场等有关的组织工作,对此活动有比较具体,详细的了解。这个活动最初起名为“学生课外研究竞赛”,后来改名为“和歌山课外研究节”。

有资格参加此活动的包括和歌山县内的高等专门学校(相当于中国的高级技校),高等工业学校(相当于中国的中专)和大学的在校生。活动从向各校征集研究项目开始。通过各个学校向学生介绍此活动,让有意开始研究的学生自行组成项目小组,制定项目题目内容,编写研究计划草案。草案提交给组委后,通过预审。通过预审的小组会得到一些项目资金,并获得参加最终发表会和终审的资格。通过预审的小组利用得到的资金在从得到预审通知结果到最终发表会开会为止的期间内开展调查研究,完成成果报告书。最终发表会上提供各个小组宣读研究成果机会,并在会场内提供展览场地,供各小组进行实物展示和表演。

举办这个活动的目的是通过鼓励学生进行课外调查研究,培养理论联系实际,独立思考和独自发明创造的经验和能力。另一方面,通过参加发表会,在培养学生们的表达能力同时,让他们有机会与其他的学生进行横向(学校之间)和纵向(不同年级,高中/大学之间)的交流,拓宽视野,开阔眼界,让低年级学生知道山外有山,天外有天,学无止境,也让高年级学生和大学生知道后生可畏,不进则退,现场体验龟兔赛跑的场景,从而进一步激励学生学习和向上的精神。

“和歌山课外研究节”的课题范围非常广泛,包括对本地风土人情,文化传统的调查,有关动植物的生态调查,各种机械的设计和试制,计算机的原理和应用等很多方面,内容丰富多彩。具体的例子有桥本高中的“护理用气垫船”,和歌山工业高专的“太阳能汽车车体的应力解析”等。

值得一提的是,其中不乏高水平的研究,特别是有关机器人方面的研究。比如通过模仿鸟类翅膀的“仿鸟飞行器II”,利用通过电流控制金属纤维伸缩的新材料的“利用金属人工肌肉制作的微型机器人”,还有“摘草莓机”,会自动挑选成熟的草莓摘取。

给我留下深刻印象的研究有和歌山工业高等学校的小组制作的机器鱼。它的长度约60厘米,不用螺旋桨,只通过电机驱动尾部左右摆动和胸鳍的角度来控制游动的方向和速度。通过遥控器,能指挥它象鱼一样游来游去,潜下浮上,非常灵敏。成果报告会上,研究小组的成员介绍了他们反复设计,试制和试验,在一次又一次的失败中不断更改和完善设计,选择更合适的材料和元器件,最终终于达到能在水中自由自在的游动,并能够自己完美地游回到操作者的手中,而不是通过打捞进行回收。鱼体的外形的加工精度和光洁度令人惊叹,由此可见加工用设备的水平和担任加工的学生的操作技术和熟练程度。

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图1 机器鱼

还有一个值得介绍的是同校的另一个研究项目,是模仿一种能在水上奔跑的蜥蜴,不用固定翼和螺旋桨,只用两脚实现在水上奔跑的机器人。在成果报告会上看到一个兔子大小的机器,只用双脚在水上踩踏,在飞溅的水花中勇往直前的英姿之前,包括我自己在内的听众,都不相信几个高中生真能做成一个真正在水上奔跑,并且不沉下水的机器人。

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图2 机器水上蜥蜴

提起各种高水平的机器人,大多数人都会把眼光聚焦于大学,政府,大公司的研发机关和机器人制造商。殊不知,有关机器人的基础教育和训练,在日本各地,包括工业制造和研究相对不太发达的地区,在初等教育的阶段就已经遍地播种,生根发芽。作为一个从技术开发到生产制造和应用,日本都是一个机器人大国。其“大”并不只限于“高”,“精”,“尖”。

文/ 陈谦 (和歌山大学系统工学部)

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作者简介

陈谦

陈谦
出生于中国北京市,在日本居住32年。现任和歌山大学系统工学部准教授。在西安交通大学信息与控制工程专业获得学士后,渡日后在大阪大学基础工学研究科物理系控制工学领域获得硕士,工学博士学位。1992年进入财团法人图像技术科学研究所任研究员,1994年开始在大阪大学任助教,1995年转入奈良先端科学技术大学院大学任助教,1997年转入和歌山大学任讲师,2000年升任副教授至今。渡日后从事机器人,计算机视觉,计算机图形学,虚拟现实以及三维计测方面的研究。网页介绍:[网址]

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