文/北師大附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 湯云帆 孫羽浩 劉曉光

輔導(dǎo)教師/北師大附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 李英杰 陳宏杰 西城區(qū)青少年科技館 尹華軍

變色龍—智能變色機(jī)器人

文/北師大附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 湯云帆 孫羽浩 劉曉光

輔導(dǎo)教師/北師大附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 李英杰 陳宏杰 西城區(qū)青少年科技館 尹華軍

仿生學(xué)知識告訴我們，很多生物學(xué)現(xiàn)象能夠?yàn)槿祟愄峁┬碌乃季S空間。蜥蜴為了保護(hù)自己，能夠根據(jù)環(huán)境顏色而改變自身的顏色，使自己適應(yīng)環(huán)境色調(diào)。根據(jù)變色蜥蜴的生物學(xué)特點(diǎn)，綜合了顏料化工、可控加熱、工程控制等學(xué)科知識，在對溫感顏料的化學(xué)特性、光敏傳感芯片顏色識別與通信作用、溫敏傳感芯片的溫度感應(yīng)與反饋控制功能等方面進(jìn)行嘗試和探索的基礎(chǔ)上，利用工程控制學(xué)原理，以單片機(jī)為控制中心，結(jié)合幾個(gè)子控系統(tǒng)，嘗試設(shè)計(jì)與研制了一種“智能變色機(jī)器人”，最后以越野車模型完整體現(xiàn)了“智能變色機(jī)器人”的功能特性。

智能變色機(jī)器人最基本的原理和方法：溫感顏料具有特定的溫度與顏色顯示的化學(xué)特性，各種不同的顏色特性的溫感顏料其溫度臨界值不同。因此我們借鑒這些溫感顏料的溫度顯示特性，將不同溫感特性的顏料混合，形成一個(gè)具有不同溫度條件下顏色特性不同的混合顏料，通過加熱梯度升溫，使混合顏料顯示其不同的顏色。

利用均勻分布的電阻，通過控制輸入電壓可實(shí)現(xiàn)一個(gè)單向可控加熱過程。但如果實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙向可控的智能加熱過程，就需要一個(gè)溫度感應(yīng)傳導(dǎo)與反饋控制系統(tǒng)，因此我們利用溫度感應(yīng)芯片，通過編制特定程序，使其與主控系統(tǒng)建立雙向通信聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙向可控的智能加熱過程。

對外界顏色的準(zhǔn)確識別是智能變色機(jī)器人基本的技術(shù)要點(diǎn)。任何顏色都反射出一個(gè)特定的光波，因此我們利用光敏芯片來達(dá)到外界顏色識別功能。對顏色識別后，需要一個(gè)通信連接，將識別的外界顏色信號傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)，因此我們設(shè)計(jì)了特定的光敏感應(yīng)子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)外界顏色識別與通信功能。

在實(shí)現(xiàn)上述各子系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，需要將上述各子系統(tǒng)結(jié)合，以達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的智能反應(yīng)，這就需要一個(gè)控制中心或主控系統(tǒng)。我們利用單片機(jī)，通過制作特定的電路控制板和特定的編制程序，使各子系統(tǒng)能夠可控制運(yùn)行，以達(dá)到一個(gè)智能變色機(jī)器人的功能。

智能變色機(jī)器人的工作原理圖

主控系統(tǒng)

（1）、系統(tǒng)電路原理圖

（2）、主控系統(tǒng)電路板示意圖

溫度與光敏傳感器電路板示意圖

根據(jù)我們搜集的資料，國內(nèi)還沒有類似的系統(tǒng)研究和其相應(yīng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，該項(xiàng)目的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）仿生學(xué)在實(shí)際生活領(lǐng)域的應(yīng)用，通過現(xiàn)代控制技術(shù)和化學(xué)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)蜥蜴的變色特性。（2）溫感顏料的化學(xué)知識、光敏傳感、溫度控制與工程控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。

智能變色機(jī)器人的設(shè)計(jì)既可以使它與外界環(huán)境顏色相近，也可以控制通過顏色反差使它從環(huán)境中凸現(xiàn)出來。應(yīng)用前景：在軍事領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值，如軍事偽裝、軍事偵察、實(shí)戰(zhàn)演習(xí)、空中識別等；在消防領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景，如應(yīng)急消防報(bào)警、應(yīng)急消防交通等；在公共安全領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價(jià)值，如公共安全的應(yīng)急反應(yīng)預(yù)警體系，如在美國，有不同級別的顏色提示的公共安全危險(xiǎn)預(yù)警體系。

2008年3月，該成果獲第28屆北京市青少年科技創(chuàng)新大賽“一等獎”

責(zé)編/吳浪