变色龙—智能变色机器人

文/北师大附属实验中学 汤云帆 孙羽浩 刘晓光

辅导教师/北师大附属实验中学 李英杰 陈宏杰 西城区青少年科技馆 尹华军

变色龙—智能变色机器人

文/北师大附属实验中学 汤云帆 孙羽浩 刘晓光

辅导教师/北师大附属实验中学 李英杰 陈宏杰 西城区青少年科技馆 尹华军

仿生学知识告诉我们，很多生物学现象能够为人类提供新的思维空间。蜥蜴为了保护自己，能够根据环境颜色而改变自身的颜色，使自己适应环境色调。根据变色蜥蜴的生物学特点，综合了颜料化工、可控加热、工程控制等学科知识，在对温感颜料的化学特性、光敏传感芯片颜色识别与通信作用、温敏传感芯片的温度感应与反馈控制功能等方面进行尝试和探索的基础上，利用工程控制学原理，以单片机为控制中心，结合几个子控系统，尝试设计与研制了一种“智能变色机器人”，最后以越野车模型完整体现了“智能变色机器人”的功能特性。

智能变色机器人最基本的原理和方法：温感颜料具有特定的温度与颜色显示的化学特性，各种不同的颜色特性的温感颜料其温度临界值不同。因此我们借鉴这些温感颜料的温度显示特性，将不同温感特性的颜料混合，形成一个具有不同温度条件下颜色特性不同的混合颜料，通过加热梯度升温，使混合颜料显示其不同的颜色。

利用均匀分布的电阻，通过控制输入电压可实现一个单向可控加热过程。但如果实现一个双向可控的智能加热过程，就需要一个温度感应传导与反馈控制系统，因此我们利用温度感应芯片，通过编制特定程序，使其与主控系统建立双向通信联系，以实现一个双向可控的智能加热过程。

对外界颜色的准确识别是智能变色机器人基本的技术要点。任何颜色都反射出一个特定的光波，因此我们利用光敏芯片来达到外界颜色识别功能。对颜色识别后，需要一个通信连接，将识别的外界颜色信号传输到主控系统，因此我们设计了特定的光敏感应子系统，以实现外界颜色识别与通信功能。

在实现上述各子系统正常运行的基础上，需要将上述各子系统结合，以达到统一协调的智能反应，这就需要一个控制中心或主控系统。我们利用单片机，通过制作特定的电路控制板和特定的编制程序，使各子系统能够可控制运行，以达到一个智能变色机器人的功能。

智能变色机器人的工作原理图

主控系统

（1）、系统电路原理图

（2）、主控系统电路板示意图

温度与光敏传感器电路板示意图

根据我们搜集的资料，国内还没有类似的系统研究和其相应的设计产品，该项目的主要创新点如下：（1）仿生学在实际生活领域的应用，通过现代控制技术和化学基础，实现蜥蜴的变色特性。（2）温感颜料的化学知识、光敏传感、温度控制与工程控制系统有机结合。

智能变色机器人的设计既可以使它与外界环境颜色相近，也可以控制通过颜色反差使它从环境中凸现出来。应用前景：在军事领域具有极大的应用价值，如军事伪装、军事侦察、实战演习、空中识别等；在消防领域也具有广阔的应用前景，如应急消防报警、应急消防交通等；在公共安全领域也具有重要的应用价值，如公共安全的应急反应预警体系，如在美国，有不同级别的颜色提示的公共安全危险预警体系。

2008年3月，该成果获第28届北京市青少年科技创新大赛“一等奖”

责编/吴浪