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　　 劉東澤發(fā)明的激光筆。

　　來自人大附中朝陽學(xué)校的劉東澤是學(xué)校出了名的“修理工”：英語老師的聽力設(shè)備播放不了了，他是解決燃眉之急的可靠幫手；化學(xué)老師的翻頁筆壞了，他三下五除二就能給修好；班里和實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)“罷工”了，經(jīng)過他的“安撫”之后便能正常工作……

　　“這并不是我與生俱來的‘超能力’，而是我從小在強(qiáng)烈好奇心和求知欲的驅(qū)使下，無數(shù)次拆裝家里電器設(shè)備之后積淀而成的一種能力。”也正是憑借這些能力，這位高三畢業(yè)生剛剛榮獲了第十一屆中國青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)；此前，他還拿下了第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽的最高榮譽(yù)“中國科協(xié)主席獎(jiǎng)”，包括他在內(nèi)，每屆比賽全國僅3人獲此殊榮。

　　　家里沒有沒被拆過的電器

　　劉東澤愛動手的習(xí)慣是受自己父親的影響。在他的記憶里，家里就沒有爸爸不會修的東西。他還記得，2000年前后，舅舅送給他們一臺老式收音機(jī)；這么多年過去了，經(jīng)過爸爸一次次地妙手回春，收音機(jī)還在頑強(qiáng)地工作著。

　　家里從小對劉東澤就有個(gè)要求——不買重樣的玩具，玩具一旦壞了自己修。變形金剛、MP3、小電路板……從爸爸帶著一起修，到自己獨(dú)立動手，劉東澤越來越感受到動手的樂趣，家里很多電器都成了他改造的對象。

　　上小學(xué)時(shí)，東澤的爺爺奶奶住在郊區(qū)。他發(fā)現(xiàn)，到了晚上，老人總是需要提前把燈關(guān)掉再慢慢走到床邊。東澤看了很擔(dān)心，怎么才能讓他們在床上就可以隨時(shí)開關(guān)燈呢？東澤想到了電視遙控器，在爸爸的幫助下，他購買了紅外發(fā)射管、紅外接收頭等元器件，對電燈進(jìn)行了升級，制作了生平第一個(gè)為生活帶來便捷的作品——家用遙控?zé)糸_關(guān)。后來，在此基礎(chǔ)上，他又繼續(xù)升級，對遙控板上的按鍵進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了不同按鍵控制燈光的不同亮度。

　　有一次，媽媽用洗衣機(jī)洗完衣服，忘記及時(shí)拿出來晾上，等想起來時(shí)，洗衣機(jī)里的衣服已經(jīng)褶皺不堪。于是，他便有心為家里的洗衣機(jī)制作一個(gè)機(jī)洗完畢報(bào)警器。拆下電路板，仔細(xì)觀察洗衣狀態(tài)與顯示燈以及電路信號的關(guān)系之后，他發(fā)現(xiàn)，在洗衣結(jié)束后，某條特定線路上會有脈沖信號經(jīng)過；將這條線路引出，嵌入報(bào)警電路，便可以成功捕捉洗衣結(jié)束信號，進(jìn)行報(bào)警。之后，全家再也沒有因?yàn)橥浨逑赐甑囊挛锒魫炦^。

　　這樣的成功顯然給了東澤很大的激勵(lì)，也給足了他不斷向不同電器“下手”的勇氣。不過，要說起爺兒倆最大的工程，還要數(shù)對汽車座椅的改造。原來，因?yàn)楦改竷蓚€(gè)人同用一輛汽車，爸爸剛用完車，媽媽上車前就要重新調(diào)節(jié)座椅姿態(tài)。能不能讓座椅擁有記憶功能，一鍵自動到位呢？東澤和爸爸仔細(xì)研究了座椅電路，檢測出每條線路功能，通過記錄座椅位移的距離和角度形成算法，并添加一定的調(diào)節(jié)裝置，從而確定座椅特定角度和位移時(shí)線路的狀態(tài)，讓座椅擁有“記憶”功能。上車之后，只要輕按為自己定制的按鈕，座椅便會移動到之前設(shè)置的舒適狀態(tài)。“爸爸的同事和好朋友看到了，都覺得很方便，讓我們幫他們也做一個(gè)。通過思考和動手實(shí)踐操作，能為身邊的親朋好友帶來便利，讓我體會到了創(chuàng)新的意義和價(jià)值。”

　　　升級激光筆拿下“最高獎(jiǎng)”

　　劉東澤說，自己的很多作品都是出于對生活的觀察，解決生活某方面的痛點(diǎn)。就拿讓自己斬獲無數(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)的“升級激光筆”來說，就是來自生活的經(jīng)驗(yàn)。

　　激光筆大家都很熟悉，是不少課堂上PPT演示的好幫手。但是劉東澤發(fā)現(xiàn)，平時(shí)上課或者開會進(jìn)行PPT演示時(shí)，“點(diǎn)擊超鏈接”等這類操作是激光筆無法實(shí)現(xiàn)的，常常需要一個(gè)人在旁邊輔助才能完成對屏幕的精準(zhǔn)控制。上高中之前參加學(xué)校開放日時(shí)，劉東澤發(fā)現(xiàn)，報(bào)告廳主會場和分會場同步演示講解內(nèi)容時(shí)，由于無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)光標(biāo)跟隨激光筆光點(diǎn)同步移動，使得遠(yuǎn)程觀眾看不到PPT上的激光筆指示位置，大大影響了演示效果。

　　進(jìn)一步了解后劉東澤得知，針對這一問題，目前已經(jīng)有了相關(guān)解決方案，比如在使用激光筆的主會場架一個(gè)攝像機(jī)，捕捉畫面中的運(yùn)動紅點(diǎn)后，將這一信號傳給電腦，電腦再向鼠標(biāo)發(fā)出指令。但是，這樣一來，不僅增加了成本，而且也帶來了很多不便；另外在他看來，要實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的同步跟隨，只需要讀取光點(diǎn)的位置信息，使用攝像機(jī)其實(shí)浪費(fèi)了圖像處理的運(yùn)算。于是，劉東澤產(chǎn)生了打造一款集攝像機(jī)、激光筆、鼠標(biāo)功能于一身的“升級激光筆”的想法。

　　使用他的激光筆時(shí)，屏幕反射的光線會透過激光筆前端的小孔，投射在上、下、左、右四個(gè)線陣器件上，該器件捕捉到的線段亮度信息以及圖像數(shù)據(jù)，由單片機(jī)處理后得到投影幕布的邊界數(shù)據(jù)。將邊界數(shù)據(jù)結(jié)合地磁傳感器所獲得的激光筆與屏幕的夾角，通過一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算即可準(zhǔn)確計(jì)算出激光點(diǎn)在屏幕上的位置。激光點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)和按鍵數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)射出去，由計(jì)算機(jī)上的USB接收器接收，再通過執(zhí)行Windows程序，便能實(shí)現(xiàn)對鼠標(biāo)的控制及按鍵操作。這樣一來，激光筆光斑的坐標(biāo)計(jì)算不再需要復(fù)雜的圖像識別技術(shù)。劉東澤還為這款激光筆增加了“關(guān)閉激光”的功能，以適用于禁止使用激光的演示環(huán)境，該場景下同樣可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的跟隨。

　　這一作品讓他分別斬獲“全國青創(chuàng)賽”和“明天小小科學(xué)家”這兩大青少年科技創(chuàng)新界代表性賽事的一等獎(jiǎng)，“后來有評委老師告訴我，好多年都沒有人同時(shí)在這兩個(gè)比賽里拿一等獎(jiǎng)了。”讓他驚喜和意外的是，這一作品同時(shí)還拿下第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽的“中國科協(xié)主席獎(jiǎng)”，要知道，每屆全國僅三人有幸獲此殊榮。

　　　解放人手讓機(jī)器人自動取貨

　　高一寒假，劉東澤入選北京市“翱翔計(jì)劃”，在專家指導(dǎo)下，開始進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)——他的科研和動手興趣有了來自專業(yè)領(lǐng)域的支撐。

　　研究課題的選擇同樣來自于生活。在瀏覽新聞時(shí)，劉東澤發(fā)現(xiàn)一則關(guān)于“亞馬遜公司智能機(jī)器人掀起庫房革命”的消息，詳細(xì)了解后，他意識到，將整個(gè)貨架都搬運(yùn)到柜臺附近，然后由工人去揀取需要的貨物，這種方法雖然控制起來相對簡單，但缺點(diǎn)也很明顯：為了揀取一個(gè)貨物，就需要將整個(gè)貨架都搬運(yùn)出來，低效而不節(jié)能，而且并沒有完全解放人工，貨物的揀取還是需要工作人員完成。

　　為什么不讓機(jī)器人直接針對貨物進(jìn)行分揀呢？由此，他萌生了制作“庫房自動存取貨機(jī)器人”的想法。

　　要能存取貨物，首先要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動行走。劉東澤說，目前最基本的行走方式就是循跡行走，通過在機(jī)器人的前端朝向地面方向安裝紅外發(fā)射檢測模塊，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在提前設(shè)置的軌跡上行走。

　　行走的同時(shí)，機(jī)器人側(cè)面的傳感器不斷讀取周圍障礙物信息，以確定所處位置：當(dāng)機(jī)器人經(jīng)過發(fā)貨柜臺、貨架或者取貨柜臺時(shí)，傳感器的狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，以此來判斷機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入的區(qū)域。根據(jù)不同位置，機(jī)器人將執(zhí)行不同程序。比如，如果機(jī)器人到達(dá)的是貨架，則啟動條碼掃描程序，以檢測是否是預(yù)期的貨架，如果是，則執(zhí)行相關(guān)操作；如果不是，則繼續(xù)尋找下一個(gè)貨架。再比如，如果機(jī)器人到達(dá)的是取貨柜臺，則判斷當(dāng)前任務(wù)是否是取貨，如果是，則啟動對正定位，方便讓機(jī)械手可以順利拿起發(fā)貨柜臺上的貨物；如果不是，則表明任務(wù)完成，發(fā)出蜂鳴提示音。

　　對于劉東澤來說，參與“翱翔計(jì)劃”，從確定主題，到著手開始制作，再到作品成型、論文的完成，每走一步都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是他在高中期間獨(dú)立完成的最大項(xiàng)目之一。在他看來，課題只是他對當(dāng)下庫房管理未來展望的一個(gè)縮影，還有很多值得推敲改進(jìn)的地方。比如，目前機(jī)器人是通過一步步判斷才能到達(dá)目標(biāo)貨架，未來是否能讓機(jī)器人直接到達(dá)指定地點(diǎn)？他也在做著新的思考。

　　如今，高中畢業(yè)，劉東澤將進(jìn)入心儀的大學(xué)繼續(xù)計(jì)算機(jī)方面的學(xué)習(xí)。他希望未來有一天，能在計(jì)算機(jī)和安防系統(tǒng)方面作出自己的貢獻(xiàn)。

　　本報(bào)記者牛偉坤 文并圖 J191