海洋科技研學(xué)課程案例：走進(jìn)北京理工大學(xué)珠海校區(qū)，探究水中仿生機(jī)器人運(yùn)行奧秘

一城一風(fēng)情，一地一文化。北京理工大學(xué)珠海校區(qū)仿生水下機(jī)器人營，讓孩子在有限的時(shí)間內(nèi)，結(jié)交志同道合的朋友、暢想未來海洋面貌、接觸前沿技術(shù)。

項(xiàng)目亮點(diǎn)

1.走進(jìn)北京理工大學(xué)珠海校區(qū)，提前體驗(yàn)大學(xué)生活，參訪自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)帶給我們生活的改變；

2.參與教育部白名單比賽，完成一次自我挑戰(zhàn)；

3.傾聽清北名校教授關(guān)于人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新的講解與分享，學(xué)習(xí)仿生水中機(jī)器人相關(guān)知識；

4.探索神秘的海洋，使用仿生水下機(jī)器人完成水中任務(wù)的挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)水中開源硬件，設(shè)計(jì)屬于自己的仿生水中機(jī)器人。

課程特色：

參與教育部白名單賽項(xiàng)——NOC

全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐大賽（Novelty Originality Creativity），簡稱NOC大賽，由城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展研究中心、中國人工智能學(xué)會主辦，是一項(xiàng)運(yùn)用信息技術(shù)培養(yǎng)廣大師生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，面向青少年開展人工智能科學(xué)普及、引領(lǐng)科技創(chuàng)新的素質(zhì)教育實(shí)踐平臺。NOC大賽是目前國內(nèi)規(guī)模和影響力最大的中小學(xué)信息技術(shù)普及活動(dòng)之一。大賽旨在倡導(dǎo)“重在參與”精神，普及性和提高性并存。

教育部公布的2020-2021學(xué)年中小學(xué)生的全國性競賽活動(dòng)名單，NOC大賽榜上有名，并連續(xù)2年成為教育部認(rèn)可的全國性中小學(xué)生競賽活動(dòng)之一。大賽特設(shè)“恩歐希教育信息化發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)”，是中國設(shè)立的第一個(gè)面向中小學(xué)師生以促進(jìn)自主創(chuàng)新為目的的大獎(jiǎng)，也是NOC活動(dòng)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。每年NOC最高獎(jiǎng)項(xiàng)獲得者將有機(jī)會作為NOC參賽代表，受邀來到人民大會堂，參加國家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會，和全國頂尖科學(xué)家齊聚一堂，共享盛宴。

大賽自2002年在北京啟動(dòng)以來，至今已成功舉辦了近20屆，累計(jì)吸引了全國6萬多所學(xué)校、6500萬名師生參與其中。

創(chuàng)客課程：

1.人工智能與水中機(jī)器人

課程目標(biāo)：

認(rèn)識不同水中機(jī)器人的不同用途，產(chǎn)生進(jìn)一步了解和研究機(jī)器人的興趣和基本的技術(shù)素養(yǎng)。學(xué)習(xí)使用多種水中機(jī)器人，一起制作并完成各種水中任務(wù)挑戰(zhàn)！

使用設(shè)備：

（1）單關(guān)節(jié)水中機(jī)器人：曾參與2012年北極科考

（2）水中魔方：水中可自由拼裝的開源機(jī)器人

（3）多關(guān)節(jié)水中機(jī)器人：1比1仿生中華錦鯉，中國首款自主知識產(chǎn)權(quán)仿生機(jī)器魚

（4）ROV機(jī)器人：水中作業(yè)專業(yè)級機(jī)器人

2.水中機(jī)器人防水的奧秘

課程目標(biāo)：認(rèn)識防水的意義、防水的基本方式以及如何進(jìn)行取舍。

課程說明：動(dòng)密封技術(shù)是水下機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為水下機(jī)器人的機(jī)械臂關(guān)節(jié)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)輸出組件，在其驅(qū)動(dòng)過程中需要軸與機(jī)殼間的動(dòng)配合，由于軸與機(jī)殼之間存在間隙，導(dǎo)致泄漏，且伴隨著壓力越高，泄漏量就越大。因此，需要設(shè)計(jì)一種防水的密封結(jié)構(gòu)，以滿足水下機(jī)器人的使用要求。

3.水中機(jī)器人仿生結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)探究

課程目標(biāo)：認(rèn)識水中物體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，了解動(dòng)力、阻力、流體力學(xué)、湍流；從自然界的生物中尋找更完美的運(yùn)動(dòng)方式。

課程說明：從自然界的生物中尋找更完美的運(yùn)動(dòng)方式。運(yùn)用仿生方法可創(chuàng)制新的機(jī)械，發(fā)明現(xiàn)代化識辨儀器，改進(jìn)通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新穎的工藝和研制人工臟器等。如現(xiàn)代的飛機(jī)、極地越野汽車、雷達(dá)系統(tǒng)的電子蛙眼、航海的聲納系統(tǒng)、航空建造工程的蜂窩結(jié)構(gòu)、人工腎及人工心臟等，都是仿生的結(jié)晶。

4 .水中機(jī)器人編程

課程目標(biāo)：水中機(jī)器人的控制理論及編程學(xué)習(xí)。

課程說明：水中機(jī)器人的控制理論及編程學(xué)習(xí)，不斷激發(fā)學(xué)生編程興趣，努力培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力，編程教學(xué)在原有Scratch編程教學(xué)中加入了場景功能模塊，使學(xué)生能夠更直觀地用程序設(shè)計(jì)的思維去分析，解決生活中的實(shí)際問題。

5.機(jī)械動(dòng)力基礎(chǔ)

課程目標(biāo)：水中機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)控制基礎(chǔ)。

課程說明：一般而言，機(jī)器的組成通常包括：動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和控制部分。各部分的作用如下：動(dòng)力部分——把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器各部件運(yùn)動(dòng)等；傳動(dòng)部分——將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分的中間環(huán)節(jié)；執(zhí)行部分——直接完成機(jī)器工作任務(wù)的部分，處于整個(gè)傳動(dòng)裝置的終端，其結(jié)構(gòu)形式取決于機(jī)器的用途；控制部分——包括自動(dòng)檢測部分和自動(dòng)控制部分，其作用是顯示和反映機(jī)器的運(yùn)行位置和狀態(tài)，控制機(jī)器的正常運(yùn)行和工作。

6.運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)

課程目標(biāo)：學(xué)習(xí)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方法，對水中機(jī)器人進(jìn)行防水性測試、浮力調(diào)節(jié)測試、速度調(diào)節(jié)測試。

課程說明：水下機(jī)器人具有如下特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)模型存在高度非線、強(qiáng)耦合、時(shí)變和參數(shù)不確定等特征，工作時(shí)受浪流等環(huán)境因素干擾大，水下作業(yè)對空間姿態(tài)和路徑等常有特殊要求等。水下自治機(jī)器人的上述特點(diǎn)對控制系統(tǒng)提出了較高的要求，既要有較強(qiáng)的魯棒性（系統(tǒng)的健壯性），自適應(yīng)性，還必須具有足夠的運(yùn)動(dòng)控制精度。

7 .水中任務(wù)挑戰(zhàn)賽

課程目標(biāo)：培養(yǎng)競賽能力，鍛煉團(tuán)隊(duì)配合能力，臨場調(diào)試和解決問題的能力；為培養(yǎng)、選拔、推薦優(yōu)秀人工智能與機(jī)器人專業(yè)人才創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，促進(jìn)國家人工智能與機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。

成長收獲：

國際機(jī)器人創(chuàng)客聯(lián)盟頒發(fā)的海洋創(chuàng)新人才證書