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機器人解個魔方要多久？老人摔倒怎麼辦？有一群青少年腦袋里正醞釀著點子和創意。
5月12日，由中國科學技術協會主辦的第六屆全國青年科普創新實驗暨作品大賽(成都賽區)復賽在四川科技館舉行。
成都賽區涵蓋陜西省和四川省，來自成都七中高新校區、閬中中學、西安高新第二初級中學等29支中學隊伍，以及西南民族大學、四川農業大學、成都理工大學等20支大學生隊伍參加復賽，展現他們的智慧和技能。
識別僅需0.5秒
最快6秒解魔方
在智能控制（大學組）的復試現場，一台容納著一個三階魔方的機械裝置引起了記者的好奇和注意——那是成都理工大學唐建福團隊所帶來的快手魔方機器人。
↑快手魔方機器人
隨著氣泵充氣的聲響停止，機器人的指、爪快速轉動起來，僅僅幾秒鐘，裝置中央那個原本亂序的魔方就完成了復位。引得兩位評委都湊近了要求多看幾遍。
據唐建福介紹，該機器人在解魔方時，首先采集原始圖像，再通過分類器記錄完整的魔方信息，然後通過算法計算出擰動步驟，最後驅動機械結構完成機械步驟。其中，氣管罩子、手指片等裝置都由團隊自行設計並使用學校實驗室3D列印機製作，部分算法也由他們親自操刀。
機器人的視覺系統由4個錄影頭組成，分別位於魔方卡口的上下左右，一次性可以掃描整個魔方的6個面。從圖像提取出的色塊信息經MLP多層神經網路分類器和k-means聚類融合識別算法進行顏色識別。之後，計算機算法會對這些信息進行加工，得出魔方解算最優步驟。
不過，在研發過程中，團隊發現，理論步驟最短的卻並不一定是實際情況下最省時的。因此，他們使用以耗時最短為目標的深度優先搜尋算法，並引入時間復用技術，在保證指爪不相撞的情況下，使一個步驟尚未執行完畢，下一個步驟就可以開始執行，從而進一步優化了解魔方的速度。
「機器人識別魔方僅需0.5秒，從識別到解好一個魔方最快只要6秒。」唐建福告訴記者，他的團隊只有3人，他是隊長，目前在讀大四，而白秀科、鐘傑兩名隊員還是大三學生。「我們從去年寒假前開始做這個項目，投入了大量的時間在里面，過程中也真的自學到很多方面的知識和技能。」
從扶老人獲啟發
高一學生製作意外摔倒報警系統
李沛陽將做成一個小盒的報警器裝在褲兜里，來回踱步，之後突然向前撲倒，模擬摔倒的情景。而就在他摔倒的瞬間，包里的小裝置就開始發出鳴叫……
↑老人意外摔倒報警系統
李沛陽是成都七中高新校區的一名高一學生，他的老人意外摔倒報警系統進入了智能控制（中學組）的復試。他說，製作這個報警器的想法萌芽於一次在街上攙扶跌倒老人的經歷。「摔倒已經很糟糕，但更糟的是很多老人無力呼救。」他說。
據他介紹，裝置採用一種名叫mpu6050的姿態傳感器。通過它，機器可以獲取XYZ三軸加速度角速度的變化情況，從而模擬一個人的行走狀況。再通過分析大量記錄下來的數據，去趨向一個臨界值，再根據實時數據判斷老人是否摔倒。
「人在正常行走的過程中不會觸發報警，只有當三軸發生劇烈變化時蜂鳴器才會響起。」李沛陽邊解說邊把裝置遞給評委。評委將它拿在手里搖晃了幾下，並未觸發警報。但在奔跑等劇烈運動情況下，則有可能引發警報。
「這個報警系統的創意很好，裝置大小合適，貼合現實需求。通過搜集分析數據來獲得臨界值的做法方向是正確的。不過，還要優化解決激烈運動情況下的誤觸發。」一位評委這樣點評到。
目前，這個報警系統還只能通過聲音來提醒周圍的人有人摔倒，李沛陽正思考下一步如何融入網路、GPS、藍牙等技術，為它增添遠程通知親屬、傳送定位消息的功能。
據了解，第六屆全國青年科普創新實驗暨作品大賽(成都賽區)自3月9日啟動以來，共有來自川陜兩省49所學校，516支隊伍報名參賽，參賽師生達2000多人。
紅星新聞實習記者 曾那迦
編輯 陳怡西