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一件日内瓦国际发明展金奖作品的诞生之路

2021-06-22

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在前不久落幕的第48届日内瓦国际发明展上,新哲教育派出参展的4项发明作品悉数获奖,一举斩获2金2银2项国际专利的佳绩。其中,获得金奖的“肌无力儿童智能床”由省实AP学子刘哲楠与黄冠哲共同发明。



一件金奖作品是如何在两位同学的通力合作下顺利诞生的?在全球规模最大的创新展览中,与清华大学、浙江大学、香港理工大学等顶尖名校同台竞争又是一种什么样的体验?带着种种疑问,我们采访了刘哲楠与黄冠哲两位学子,探寻这件获奖作品背后的故事。



赛事简介

日内瓦国际发明展(International Exhibition of Inventions of Geneva)创办于1973年,是世界上举办历史最长、规模最大的发明展之一,由世界知识产权组织(WIPO)、瑞士联邦政府及日内瓦市政府举办,旨在展示全球各地各种创新发明品。


来自全世界几十个国家的发明人及发明爱好者,在展会期间展示自己的新发明,新技术,新思想,同场竞技,切磋较量。同时,技术专业人士,知识产权专家,跨国投行的金融专家,著名国际传媒,以及成千上万的观众参与各项活动。展会由组委会选派的来自欧洲各国的专业评委,获奖奖项分为金、银、铜牌,及获奖证书。





科工女孩与编程少年组成超强战队


与传统认知中对女性的刻板印象不同,刘哲楠平日里是一个醉心于机器人制造的女孩。从建模制图、组装机械到搭建电路,动用自己的双手从无到有地创造出一个机器人的过程让她无限着迷,而操控着自己的机器人在赛场上“冲锋陷阵”并勇夺荣誉的经历更是令她兴奋不已。


在2020年度VEX机器人大赛中国区决赛中,由省实工程科技竞赛队何子叶、刘哲楠、林昊、李宗泽4位同学组成的6066S省实队获得VEX工程赛中学组“最佳结构金奖(BuildAward)”。


刘哲楠这种对于机械制造的热爱,在省实AP得到了加倍的呵护与支持。而省实AP在注重发掘学生潜能的同时,也鼓励同学们尽己所能地造福于社会。这种教育理念的熏陶让刘哲楠不禁思考:既然自己有着如此一番“手艺”,该如何让它能够真正地帮助到需要帮助的人呢?


于是,在去年12月,制作“肌无力儿童智能床”的想法在刘哲楠的脑海中萌发。她第一时间向升学规划老师反馈了自己的这一想法,在老师的建议和指导下,她决定落实这项发明,准备参加几个月后的日内瓦国际发明展。


有了初步的想法,刘哲楠还需要找到一个靠谱的队友,她想到的第一个人选,就是编程能力出众的黄冠哲。正如刘哲楠对机器人的迷恋,黄冠哲对计算机编程也有着近乎疯狂的热爱。从搭建网站、开发游戏到人工智能,一切与编程相关的事物他都想要去了解、去学习。


强强联手方能所向披靡,刘哲楠也深谙此道。因为看中黄冠哲的编程能力,她主动邀请了黄冠哲一起组队。虽然是第一次合作,但两位同学很快便进入节奏,在一次次的交流讨论中稳步推进着设计方案的完成。



“肌无力儿童智能床”的诞生


所谓肌无力,就是一种由神经肌肉传递障碍所导致的慢性疾病,主要表现为部分或全身骨骼肌无力,病情严重者大部分时间都在病床上度过。由于爸爸在医院工作的缘故,刘哲楠很早就对肌无力这一疾病有所了解,并且在耳闻目睹中对肌无力儿童的真实困境与照护需求深有体会。


对于肌无力儿童而言,在夜间睡眠时同一睡姿保持时间过长容易导致褥疮、肺部感染、骨骼发育不良等疾病,而目前只能依靠护理医生定时辅助他们翻身,该方法十分低效。洞察到这一问题的存在之后,刘哲楠和黄冠哲便希望能够制作一张智能床,帮助肌无力儿童定时调整身体姿势。


两位同学在前期讨论中制作的思维导图


经过反复的讨论、设计和修改,“肌无力儿童智能床”初见雏形。首先在智能床框架的材料选取上,他们选择了铝型材以保证框架的稳固性与安全性;在框架之上是一块由6个模块组成的床板,模块之间通过可定轴转动的活页门铰连接在一起;每个模块都装有角形支架、折叠支架和推杆,再连接上电机便可实现模块的翻转倾斜,从而辅助肌无力儿童完成抬背、曲腿、轻微侧翻等动作。


最初的方案设计草图


但有了方案也只是迈出了最初的一步,在方案落地执行的过程中,还有很多可预料的或不可预料的问题等待着他们去发现和解决。例如,每个孩子的体型都不一样,在模块尺寸的设计上应该采用什么样的比例?模块应该倾斜多少角度才能让身体姿势达到最舒适的状态?组装过程选用哪种零件可以更省时高效?


一步步完善的设计方案


通过查阅论文与反复试验,两位同学全力以赴地解决着方案落地过程中出现的一个个难题。遇到能力范围之外的困难,新哲教育科创中心的指导老师也会耐心地给予指导。同时,因为得到了新哲科创中心的硬件支持,“智能床”很快便从雏形一步步趋于完善。


新哲教育科创中心


最终,在新哲教育科创中心的软硬件支持下,刘哲楠与黄冠哲的努力在今年的第48届日内瓦国际发明展上得到了回响。


刘哲楠与黄冠哲在新哲教育科创中心的实验室中完善作品


问及此次参展的收获,两位同学给出的答案各不相同。刘哲楠认为,以前在机器人竞赛中打败对手是一种乐趣,而现在通过自己的学识和能力真正帮助到他人则是一种更难得的喜悦。


黄冠哲则坦言,他在参加此次发明展之前并没有太多关于机械制作的经历,“智能床”的发明让他深切地感受到一件科技产品的诞生是多么不易。


而关于未来的规划,两位同学都谈到,“肌无力儿童智能床”这项发明还存在着许多可以做得更完美的地方。即使现在发明展已告一段落,他们也将继续完善它,并且正在准备着为此撰写一篇更为详尽的研究论文。


“肌无力儿童智能床”作品介绍视频





强强资源联合为科创发力

省实作为省级重点中学,先后荣获全国首批“科创教育十佳学校”、首批“全国STEM教育领航学校”等荣誉称号。省实为学生们的科创教育提供了更高的参赛起点,以及更优质的师资资源,专设科技教育办公室,分科技创新、环境工程、工程科技、模型科技四大教练组,并校外聘任多位双一流大学教授、研究生导师、博士生导师等多领域专家为学生们作指导。同时配备超一流硬件支持,建有天台花园、生态体验馆、创客空间等8个科学教育基地,在建综合教学大楼专设南山科教中心(STEM课室)以及学科竞赛区域,全力打造最强科创平台。


▲省实科创介绍


▲综合教学大楼介绍


省实AP依托省实科创教育逾30年的探索积淀,以及强大的科创平台与资源支持,进一步联结新哲教育集团为学子提供优质的科创教育。


新哲教育科创中心主任由国际科学与工程大奖赛总决赛裁判彭禹担任,这位深耕科创教育多年的国际科创金牌教练同时出任省实AP竞赛指导总负责人。在他的领导下,新哲教育科创中心构建了一套成熟完善的科创教育体系,基于全人教育走出了一条独特的教育之路。

彭禹

省实AP竞赛指导总负责人

新哲教育科创中心主任

国际科学与工程大奖赛总决赛裁判

先后曾兼任华东师范大学课程与教学系硕士研究生指导教师、上海市教委课程标准编写组专家、教育部课程与教材发展中心“STEM教育推进工作”组专家

新哲教育科创中心由计算机与工程、生物学、社会科学三大培养领域组成,旨在挖掘学生潜能,赋能学生科创梦想,为大湾区培养科技创新人才。


这里被热爱科创活动的少年称为“理想中的实验室”,嵌入式工程实验室、FRC准工业级机器人训练基地等,为理工人才的成长提供了宽广的舞台与有力的支持。


▲新哲教育科创中心介绍



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