科技创新从生活中来 融入生活中去

我是一个热爱生活的人。还是小学生时，有几件事情让我很着迷：拆电器、看纪录片、逛科技馆。初中时，我折腾了自己的化学实验角，几次小爆炸还烧坏了木桌和头发。高中后，AI 与Coding 让我废寝忘食，提前进入IT“民工”行列。

生活给予我科技创作的灵感

6 年级时，我突然迷上学习打乒乓球。训练中，乒乓来去，趣味无穷，唯独弯腰捡球让那时微胖的我覺得有些吃力和辛苦。当时，正好赶上班主任在班级里招募学生报名参加青少年科技创新大赛，我懵懵懂懂地成为了班里唯一报名的学生，并就此和学校一同走上了科技创新之路，我人生中的第一个科技创新项目也随之诞生——一台捡乒乓球机器人。

捡乒乓球机器人结合了电机驱动、机械手臂、可编程Arduino 系统、超声波障碍识别等技术手段，可在手工操作下跑起来，验证了通过机器人自动捡乒乓球是可行的。这个初出茅庐的项目在区级和市级青少年科技创新大赛中分别获得了区一等奖、市二等奖的成绩。

此后，我几乎每年都会参加青少年科技创新大赛、明日科技之星等活动，而且每一个项目都来源于生活，比如智能人行横道安全控制系统、智慧私人医生系统，以及基于AI 情绪识别的社交聊天系统等。这些课题的创意都源自对生活的细致观察，以及对习以为常但又有改进空间的问题的积极思考。由于丰富的科技创新经历及对于科学的热爱，我代表学校参加了STEAM 青少年电视公开赛，和团队一起制作冰壶发射装置，使用装置打旱地冰壶，并进行原理答辩，获得了团队一等奖。

英才计划助我闯关升级

2022 年，经过重重考查，我被英才计划录取，师从上海交通大学李少远教授，导师治学严谨、精益求精，每次沟通都让我豁然开朗。2022 年3 月4日，我和导师第一次线下见面，导师让我尽可能展示正在进行的课题及具有一定可行性的潜在课题。我首先讲述了自己关于课题立项的思考，提到最近邻居家装修对学习的干扰，并思考是否能通过主动降噪等方式降低电钻产生的噪声污染，同时也和导师分享了想做一个自动捡羽毛球机器人的想法。

与导师多次深入沟通后，最终我决定选择“基于察打一体化全智能捡羽毛球机器人的研究”作为研究课题。首先要解决的问题是设计合适的机械装置，满足从扫集羽毛球、捡羽毛球、整理羽毛球到羽毛球装桶等环节。结合学校劳动与技术课上的Inventor 学习，我开始着手三维建模。通过网上购物平台等渠道，联系厂家，采购钢架结构、铝型材、PVC 管、亚克力板、麦拉片、漏斗等，甚至采用来源丰富的硬纸板代替相关板材。有了装置，得让小车动起来，我继续着手设计履带驱动装置和小车驱动装置，我选择树莓派作为主控板，STM32作为电机驱动板，采用麦克纳姆轮四轮驱动，加上雷达和深度相机，小机器人就能像模像样地跑起来了。其余捡球装置由于时间有限，以及电脑配置不允许Inventor 流畅地建模，我只能拼一步调整一步，动用FRC 和MakeBlock 的基本结构套件搭建了一系列捡球、整球、装球装置。

接下来，我遇到了课题中最大的难题——让小车智能化，这是我一直感兴趣却从未真正接触的领域。期间，我与助教杨亚茹博士频繁沟通想法和思路，助教平易近人，在研究过程中持续不断地指导和鼓励，帮助我从繁杂的研究与实践中走出，攻克一个又一个难题。从安装Ubuntu 和ROS 系统，到学习路径规划Melodic MoveBase 源码，再到GYM 环境下的强化学习，我忙得不亦乐乎。

这个项目在AI 方面的挑战，对我来说也是很大的。首先需要解决机器人智能大脑的整体设计，智能大脑需对羽毛球场地进行动态视频实时扫描、识别出场地与羽毛球信息、输出球的定位信息、环境位置建模、进行路径规划并多点导航、控制电机驱动等。为了加快课题研究进度，我争取机会参加了“走进计算机世界”冬令营、青少年高校科学营，以及学校的清华人工智能班等相关学习，对Darknet 架构下的YOLO V3算法这一类图像识别有了基本的了解，并着手应用到自己的研究项目中，实现羽毛球目标识别数据模型训练和测试。对于路径规划，在尝试了SLAM、基于模仿学习的强化学习和清华大学的Tianshou，发现太复杂之后，我参考了MoveBase 的思路，设计出了以Frozen游戏、迪杰斯特拉算法为基础的、更简单的路径规划算法。

科技创新让生活更精彩

学校的科技辅导教师从我上高中开始，就一直深深地影响和帮助着我，我的每一个想法都能得到他的鼓励，是我的良师益友。在项目构思阶段，我们一起进行过多个项目的设想与讨论，比如研究如何利用主动降噪技术减低或消除装修噪音，利用人工智能技术实现家庭智慧陪伴机器人等。作为科技班的一员，班主任和我的同学，也为我提供了很多有益的建议和意见，有了他们的大力支持和陪伴，让我的高中生活更加多姿多彩。参加英才计划培养，让我有机会向上海交通大学的教授学习，有机会参加“走进计算机世界”冬令营、青少年高校科学营、世界顶尖科学家论坛科学T大会，以及青少年国际科技交流项目冬令营等活动，让我的科技创新成长之路精彩绝伦。

王子凌

2022 级英才计划计算机学科学员

就读于华东师范大学第二附属中学，师从上海交通大学李少远教授。完成课题“基于察打一体化全智能捡羽毛球机器人的研究”，并在年末入选2022 年中国科协青少年国际科技交流项目遴选培训冬令营。曾多次获得上海市青少年科技创新大赛科技创造与科技创意相关奖项，参与世界顶尖科学家论坛科学T 大会并参与交流。