香港教師會李興貴中學學生 低成本研發「無線機械臂」(洪艷琳)

By on August 29, 2019

本文作者洪艷琳,為《信報》撰寫專欄「STEM尖子」。

左至右:李子荃、 祝錦軒和關灝鋒對機械人及科學發明皆有興趣。(吳楚勤攝)

左至右:李子荃、 祝錦軒和關灝鋒對機械人及科學發明皆有興趣。(吳楚勤攝)

機械人在現今社會已不再是科幻小說的情節了,它們甚至在我們的生活、工作和娛樂領域中佔了一席位。隨着科技發展,愈來愈多企業研發與製造機械人,但大都所費不菲。

但是,香港教師會李興貴中學的6名學生,花了兩年時間研製,以低於1000元的成本,設計出可利用無線傳輸裝置遠程操控,能感應及模仿用家動作的「無線機械臂」,希望日後作品能用於拆彈、實驗室內的危險工作及幫助有需要的殘障人士,難怪可以在「校園創意機械人推廣教育計劃」中,奪得最具市場價值大獎。

今年7月初,在香港科學園舉行的「校園創意機械人推廣教育計劃」成果展, 展示整個大埔區20間全日制中學的學生作品。活動由香港青年工業家協會、大埔區中學校長會、大埔區青年活動委員會及香港科學園聯合主辦,主題為「從機械人套件到創新驅動的未來」,計劃於2017年9月推出,為期兩年,而這個計劃的最具市場價值大獎便是香港教師會李興貴中學獲得。

6位同學分別是李子荃、祝錦軒、關灝鋒、黃振裕、何澤榮和陳崇文,比賽時都是中二及中三學生,他們在該校設計與應用科技科主任何鈺錕老師帶領下,透過學校的設計與科技課程,學習編寫程式、製作機械人等技巧,成功把創作理念變成實物。

(後排左起)何鈺錕老師、何澤榮、祝錦軒、李子荃、陳崇文、楊柏鋼老師、(前排左起)關灝鋒及黃振裕與得獎作品合照。(受訪者圖片)

(後排左起)何鈺錕老師、何澤榮、祝錦軒、李子荃、陳崇文、楊柏鋼老師、(前排左起)關灝鋒及黃振裕與得獎作品合照。(受訪者圖片)

製作費僅千元

談起創作淵源,何鈺錕老師分享:「6名初中生本身是設計與科技學會成員,學會共有20名學生,過去我不斷給他們一些新的發明項目,從而物色有潛質的同學們。起初組合了這6位學生時,我們對作品未有任何概念,直至聽到前任校長提議不如弄一個機械臂,於是便開始做,花了半年弄成機械臂雛型,再以一年多時間不斷改良,包括增加鏡頭、由有線變為無線等。」

他強調機械手臂重點是「無線」及「遠端操作」。「要看現場環境的話,就靠鏡頭即時傳送影像及聲音,再利用人的體感操作,你想機械臂怎動,它便怎麼動。傳統機械臂要按掣,不夠簡單直接,但這件作品的原理是通過智能程式感應手部動作,遠距離操縱機械人,代替人力做一些無法做到的事。」

作品構造上由機械主體、手部控制器及感應器等所組成,成本居然低於1000元!何老師說:「電腦板約百多元一塊,另外感應器及接收器兩塊,加起來都是數百元。機械手臂前置的摩打是從淘寶網購回來的,相對便宜,木箱是學校現有的木材材料。其他如攝影鏡頭也是淘寶貨、加上電池都只是數十元,我們重點是教學生把所有零件組合在一起,變成有意義的實物。」

創作過程中,同學於學校實驗室為「無線機械臂」進行各種試驗。(受訪者圖片)

創作過程中,同學於學校實驗室為「無線機械臂」進行各種試驗。(受訪者圖片)

普遍而言,男生較喜愛機械操作,6位同學是清一色全男班。隊員之一李子荃在新學期便是中四生,他本身熱愛砌模型,有趣是家住粉嶺的他閒時會走到和合石墳場散步,或於墳場附近的草地靜坐思考,汲取靈感。自中二起加入設計與科技學會後,日漸迷上發明與創作。這次的分工合作是由他和另一位同學陳崇文負責編寫程式,其他同學們集中製作機械臂和組合作品。「最初由老師教授基本知識,我花約半年時間學習電腦板的應用。」

李子荃表示,創作過程中最大挑戰是駁線十分複雜,不可有任何差錯,否則便要重新再來。「失敗次數多到數不到,最初不知道如何轉動摩打,要慢慢地找旋轉角度、畫下記號,再用電腦寫程式配合,探索很久才有雛型,但又動不了,原來是電線駁錯,花了很多時間。」

儘管面對挫折和失敗,他卻沒有氣餒,與同學們抱着永不放棄精神去研究。「記得上一代機械臂本身左右旋轉角度不夠準確,現在新一代手臂可以透過重新啟動方式來調校角度。以前舊的操作一個上午就不夠穩固,需要大維修,新的設計即使操作一整天都只是遇到電池無電的小問題,即時更換電池便可了。」

他身旁的祝錦軒較他低一年級,兩人因合作製造機械臂而相熟,且都是居於粉嶺。祝錦軒說:「回想當初什麼都不懂,慢慢學會製作和累積知識,認識不同朋友,互相分工合作,是很大得着。」

公眾玩夾糖果

回想科學園「校園創意機械人推廣教育計劃」成果展當日,他們沒想到會得獎。「純粹只是想展示成果,宣布得獎一刻,大家都呆了,再望向其他人的作品,每間學校都好厲害,對於獲獎感覺好神奇、超驚訝,問自己是否在發夢?」李子荃忍不住說。

祝錦軒笑着附和:「當日我們跟在場不同學校的同學分享經驗和心得,大開眼界。最記得現場有一支女子團隊,她們都是研製機械人,好像是遺失BB後會自動響警鐘,她們同樣獲得獎項。」他指當天還有一個互動環節,讓區內不同學校的學生互相欣賞他人展品,然後寫下評價和分享,促進交流。

他續說:「當天我們先展示機械臂,然後講解作品給觀眾聽,讓他們試玩。後來發現沒有新意,於是想到類似夾公仔的玩意,我們買了一堆糖果回來,再鼓勵參加者試玩,透過機械臂操作來夾糖果,夾幾多便送幾多。最重要的是,他們離開前要給我們的作品寫下評語,讓我們知道有什麼優點缺點,以及可以改善的地方。」

李子荃(後排左一)和祝錦軒(後排左二)同學於「校園創意機械人推廣教育計劃」成果展中代表領獎。 (受訪者圖片)

李子荃(後排左一)和祝錦軒(後排左二)同學於「校園創意機械人推廣教育計劃」成果展中代表領獎。 (受訪者圖片)

李子荃指當天約有30名參加者試玩,主要是小朋友和學生。「本身一開始未有人時,我們夾薯片給自己食來自娛,後來變成夾糖果,不過夾薯片較易,因為重量輕,兼且不會碎。」

對於評價,李同學坦言:「有指機械動作慢,可能展覽當日現場使用WIFI訊號受干擾,機械臂的感應動作緩慢,要重新開機。還有美觀問題,有的認為攝影鏡頭的位置不夠漂亮,需要再改良等。」

訪問當天,關灝鋒同學的手臂佩帶着控制器,他的說話不多,只默默站在一旁負責示範作品的操作給記者和攝影師看,唯一分享是:「中一時經同學介紹加入設計與科技學會,覺得好玩,又學會很多編寫程式的東西。」

身旁的李子荃形容他是沉默做事的人:「我們經常問關灝鋒在哪?但原來他就在身旁!完全看不到!不出聲真的感覺不到他的存在,他是勤力實幹型。」

盼助傷健人士

李子荃表示最喜愛說話和作示範的是黃振裕同學,可惜訪問當日有事未能出席,同樣地,團隊其餘兩位功臣陳崇文及何澤榮同學也事忙,不能抽空分享。

過去兩年,6位同學都是利用課餘時間研製作品,何老師讚:「以往上午考完試後,其他同學都放學回家,他們卻自願留下來研究作品,差不多到下午五六時才離開。這兩年來見證同學們由互不認識,到開始有默契和合作、自發性地製作,還會臨場執生,看到機械臂有問題便主動解決,成長和進步很多。」

何老師本身也是機械創作發燒友,他坦言跟同學們互相學習,期望將興趣和熱情延續下去。目前機械手臂的活動距離只限於10米內,他指距離可以發展更遠。「未來,我們會繼續改良這件作品,亦希望將來5G技術能將設備升級,提升機械感應靈敏度。長遠而言,盼能先幫助殘疾人士,讓他們透過機械手臂回復正常生活。可是目前仍是缺資金和技術,很多技術問題會繼續探討,所以老師和學生都要一起學習。」

同學們花了兩年時間一起研發「無線機械臂」,體驗了團隊合作精神。(受訪者圖片)

同學們花了兩年時間一起研發「無線機械臂」,體驗了團隊合作精神。(受訪者圖片)

任何人都能用

「無線機械臂」操作程序簡易,任何人皆能使用,他們向記者示範操作過程。

首先把手部控制器佩帶於手上,開啟裝置直至彩色燈亮起,代表系統已準備好。

首先把手部控制器佩帶於手上,開啟裝置直至彩色燈亮起,代表系統已準備好。

開啟機械主體,預備少量木材。(吳楚勤攝)

開啟機械主體,預備少量木材。

連接電腦及機械主體的攝影鏡頭,以便遠距離操作。(吳楚勤攝)

連接電腦及機械主體的攝影鏡頭,以便遠距離操作。

同學伸手向下時,機械手臂模仿人類手臂功能同時向下。(吳楚勤攝)

同學伸手向下時,機械手臂模仿人類手臂功能同時向下。

最後機械手臂成功模仿人類手臂手勢取木材。(吳楚勤攝)

最後機械手臂成功模仿人類手臂手勢取木材。

撰文:洪艷琳

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