3月27日—29日,第45届北京市青少年科技创新大赛落下帷幕。
北京市大兴区第二中学刘羿梵、薛武飏、贾浩燃三位同学凭借作品《人工水池智能监测清洁机器人》,从全市数千个项目中脱颖而出,一举夺得大赛金奖,并荣获北京工业大学青少年科技创新奖。指导老师:郭宇、姜楠。
荣耀背后,是三个月里数十次方案推翻、无数个深夜调试、三次从零开始的迭代……今天,我们带你走进这个“硬核”团队的故事。
第一部分:荣耀时刻
3月27日—29日,第45届北京市青少年科技创新大赛现场,北京市大兴区第二中学三位同学的作品《人工水池智能监测清洁机器人》吸引了众多评委驻足。经过现场答辩、实物演示、专家问辩等多个环节,最终同时斩获:
大赛金奖(全市仅不到10%项目获此殊荣)
北京工业大学青少年科技创新奖(专项奖,表彰具有突出工程实践价值的项目)
这是大兴二中近年来在市级科创赛事中取得的最好成绩之一。
第二部分:这个机器人能做什么?
学校航模训练的人工水池,常年出现水体发绿、异味、藻类滋生等问题。三位同学走访了大兴区多个社区后发现,这并非个例——79%的受访者对水池水质感到不适,60%的水池出现水质恶化、刺鼻气味、大量藻类积存。
于是,他们决定做一款真正智能的水池清洁机器人。
最终作品《人工水池智能监测清洁机器人》实现了:
实时水质监测:
温度、pH值、浑浊度、溶解性物质含量,四侧传感器全域移动监测
精准药剂投放:
三种药剂(粉剂×2 + 液体×1),根据实时数据动态调整投放量,误差≤5%
物理清洁:
底部机器人自主移动,清洁水面、水中、水底不同高度悬浮物
双模式控制:
自动触发 + 手机远程遥控
安全预警:
药剂投放期间及投放后15分钟持续报警,避免人员误触
清洁效率较人工提升66.7%,核心部件成本控制在800元以内——这是他们的答案。
第三部分:攻坚克难——那些不分昼夜的日子
以下基于三位同学研究日志的真实记录
场景一:三次推倒重来,“小白”的诞生并不容易
最早的设计方案(小白1.0):参考了扫地机器人的思路——固定基站+移动清洁机器人。但测试后发现:固定基站会导致水域药物浓度不均,机器人链接事故频发,药物混合排放存在安全隐患。
推倒重来。
小白2.0:将监测、药品投放和清洁装置分开,让底部小车带动上部浮动。但布局上仍有大量不合理之处。
清洁机器人-“小白”3.0:
第一层:信息处理层(单片机、传感器、电机控制)
第二层:化学药物存放层(两种粉剂+一种液体)
第三层:漂浮控制检测层(高密度海绵保证漂浮,四侧水质传感器实时监测)
研究日志里写着:“10月8日—10日,设计结构草图……”但少有人知道,那三天里,三个人画了十几版草图,老师陪着他们一张张推敲,直到很晚才敲定最终方案。
场景二:那个通宵——代码调试到凌晨三点
大赛前两周,自主避障算法突然出现严重bug:机器人在靠近岸边时总是减速不及时,存在碰撞风险。
薛武飏盯着屏幕逐行排查代码,刘羿梵在水池边一遍遍跑测试,贾浩燃在旁边记录数据、标记异常点。
从晚上7点开始,一次、两次、十次、二十次……
晚上8点,还是不行。
晚上9点,他们发现是某个超声波传感器的阈值与主控板通信频率冲突。
晚上10点,修改后的代码第一次成功让机器人在距离岸线50cm处平稳减速、转向。
研究日志里只有简简单单一句:“10月25日—26日 对作品进行测试”。这背后是师生们坚持不懈的调试与努力。
场景三:防水测试失败后的五天四夜
距离区赛只剩不到一周时,一次整机防水测试中密封舱意外进水,主板短路。那一刻,三个人都沉默了。
但沉默只持续了半分钟。刘羿梵第一个开口:“拆,重新弄。”他们分工合作:一人清理电路板,一人重新密封舱体,一人检查其他模块是否有二次损伤。连续两天,三名同学在科技教室奋战到深夜。第五天,机器人重新下水,所有功能正常运转。
场景四:日志里的“倔强”
翻开研究日志,有这样几行字:
“10月16日—22日 利用3D打印件和机器人配件进行组装”
“10月23日—24日 设计并制作清洁机器人底部承重泡沫”
文字平淡如水,但背后是:底部清洁机器人重4.5KG,上部浮力必须精确计算。他们选择了直径50cm、高5cm的泡沫板,测算浮力9公斤,安全承重6公斤——每一个数字都经过反复实测,不是查资料得来的。
第四部分:师者说 & 少年说
老师的话:
“这三个孩子有一个共同点——遇到问题从不抱怨,而是立刻想‘怎么解决’。方案1.0失败的时候,我以为他们会沮丧很久,结果第二天上午,他们就已经画出了2.0的草图。”“最让我们感动的是防水测试失败那次。换作很多孩子可能就放弃了,但他们没有。看到他们三个人分工明确、互相打气,我就知道,不管比赛结果如何,他们已经赢了。”
刘羿梵:
“失败不可怕,可怕的是不知道为什么失败。我们每失败一次,就离成功更近一步。”
薛武飏:
“最想感谢的是我的两个队友。没有他们,我一个人绝对撑不下来。”
贾浩燃:
“比赛结束了,但我们的研究不会停。下一个版本,我们要把视频识别准确率提上去,让机器人更聪明。”
结尾:致每一个正在追光的你
从9月发现问题,到10月完成样机,再到3月站上市赛领奖台——三个月,90天,三次迭代,无数个深夜。
刘羿梵、薛武飏、贾浩燃用行动告诉我们:
创新不是灵光一现,而是推倒重来的勇气;坚持不是口号,而是深夜科技教室里不灭的灯光。祝贺北京市大兴区第二中学三位同学,感谢郭宇、姜楠两位老师的陪伴与指导。也希望更多同学以此为榜样,勇敢迈出科创的第一步,下一个站上领奖台的,可能就是你。
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