若說電腦鼠是自走車的F1賽車,那麼中小學的自走車競賽大概就是卡丁車等級,雖然兩者存在很大的差距,但是隨著BitMouse、BitRacer的商品化,F1賽道已經不再那麼遙遠。
「電腦鼠走迷宮競賽」自1977年由全球知名的工程學術期刊 IEEE Spectrum 雜誌首度發表,發展至今成為具有高度挑戰性而又饒富趣味的國際賽事,不僅是學生,也吸引全球各地的工程師和教師投入這項比賽。
整合諸多跨領域高端技術於一身的電腦鼠,過去讓人可望而不可及,現在,曾經奪下多次世界冠軍的龍華科大團隊,累積十幾年的電腦鼠競賽經驗,結合廣受歡迎的micro:bit控制器,打造出第一部商品化「F1自走車」凌厲的速度可以輕易將其他自走車甩開幾條街,台灣設計製造加上超高性價比,未上市先轟動,詢問度非常高。
台灣的電腦鼠之父-龍華科大電子系蘇景暉教授-回顧當初為什麼會開始進行電腦鼠的競賽推廣「一開始只是為了幫問題導向的專題(PBL)找一個問題讓學生發揮。」蘇景暉:「以我們學校的學生來說,讓他們深入地進行專題實作,比讓他們一直上課的學習效果要好,因為有些學生比較坐不住。」
「一開始我們也是找國內的競賽,但是國內大多偏向創意設計競賽,這種類型的競賽,每年的主題和作品都要不一樣,對學習工程的同學來說,每年都要找新題目,就好比想論文題目一樣,並不容易。」
「於是我們想到,不如找一個每年題目都一樣的項目,這樣我們就可以一屆傳承一屆,持續精進。就這樣找到了電腦鼠競賽。因為教育部一直鼓勵大學能積極與國際接軌,所以一開始我們就得到教育部技職司的支持,與日本連結,然後自己也開始舉辦教育部智慧輪型機器人競賽,實際執行以後,發現我們應該可以一直走下去,就這樣一路學習一路摸索,逐漸拉近與國外選手的距離,開始在國際賽嶄露頭角拿到佳績,一轉眼間就這樣堅持走了十幾年。」
電腦鼠除了走迷宮以外,也有仿F1賽道設計的「競速自走車」兩大類型,近年來微控制器的技術發展飛快,電腦鼠也越做越小,因此日本的迷宮組又依賽道寬度區分成古典組(寬度18cm)和半尺寸(寬度9cm),這對選手的各方面技術都是很大的考驗。
原本就是為了問題導向專題(PBL)而導入的電腦鼠競賽,實際上對學生的發展是否帶來良性的改變?
「後來我們發現,學生在求職時,電腦鼠競賽的經歷非常受到業界的歡迎,所以歷屆選手進入職場後都能發展得很好,主要是因為他們能夠透過比賽學到跨領域的技能,這正是業界需要的人才。」
蘇景暉表示,要打造出一部競賽車輛,需要跨領域知識和技能,電腦鼠的競賽速度快到連攝影機鏡頭都很難捕捉,勝負僅是零點幾秒的差距,背後有太多技術環節和細節需要掌握,程式能力是最基本的,印刷電路、演算法、機構設計、微控制器、伺服控制、環境感測器都要能夠深入掌握,一台巴掌大的競賽車輛,數萬元的材料費是基本門檻,還必須讓電子系的同學能夠學會使用3D列印、雷射切割等數位加工技術才能打造出來,如果沒有透過投入競賽的長期努力,同學就沒有機會獲得這樣的學習歷程而成為業界炙手可熱的跨領域人才。
現在硬體技術發展成熟,發展數十年的人工智慧終於一躍成為科技領域的主流,成為科技人才必備的領域知識,雖然AI包含非常多專業領域,但是整個核心還是在演算法,以電腦鼠為例,表面上看到的是硬體持續不斷追求極致,背後其實是被演算法所驅動,蘇景暉表示,以迷宮鼠來說就是很好的演算法訓練工具,非常適合中小學進行探索,是可以同時訓練運算思維與設計思考的典範教學工具。
參與競賽不僅可以激勵選手精進技術,還可以學習到科技人才樂於分享與強調協作能力的態度。
「國外選手對於競賽的態度也非常開放,比賽過後都會將自己的競賽車輛分享給其他選手,標示清楚自己的硬體配置不會藏私。」蘇景暉:「但是台灣的比賽就看不到這個環節,學生透過國際交流見識到這種值得仿效的精神,對他們日後無論在學術或是業界的發展都會產生長遠的影響。」
2015~2016龍華科大蔡欣翰同學連續兩年奪下日本古典組的冠軍,為台灣選手立下一塊里程碑,但是從2017年開始,日本選手的技術又開始狂飆,一下子拉開與各國選手的差距,原本以為已經登頂的台灣選手們又要開始向下一座高峰挑戰。
2017年的日本冠軍遠藤隆記雖然也是大學生,但是他突破四驅車的設計思維,採用類似防空快砲的高速傳動機構設計,再加上全車碳纖維手工打造的工藝技術,為電腦鼠立下新標準,緊接著2018年的日本競速自走車冠軍平井雅尊應用四旋翼增加下壓力以提高速度和穩定性,都是利用創造性思考不斷嘗試突破技術屏障,讓台灣學生大開眼界。
龍華科大團隊意識到目前還沒有辦法一步就能達到日本選手的境界,除了繼續向國外取經與傳承技術,也開始思考要往下扎根,分享累積十幾年的開發經驗,因此決定以低廉的製作成本、深入的設計經驗、完整的學習單元等產品概念,打造出可以在中小學普及的入門電腦鼠競賽機種,而且一樣要面面俱到,該學的都要學好學滿。
在這樣的理念驅動下下開始著手研發,終於誕生了BitMouse和BitRacer兩款國產平價的F1自走車,讓科技領域教學日益普及的各式自走車競賽能夠再多一種可以躍入世界舞台的選擇,啟發更多學子勇於挑戰自我,追求卓越。
專為迷宮鼠設計的BitMouse 與為競速自走車設計BitRacer,兩者唯一的差異在於紅外線感測器的配置不同,BitRacer採用的五顆TCRT5000紅外線收發,主要是以循跡功能為主,最大的挑戰是處理不同角度高速過彎的一連串減速與加速的程式設計,讓還沒有能力進行硬體升級改裝的中小學選手可以用平價的自走車練習競速。
BitMouse是以解迷宮任務為主,兩部車都有超音波擴充插槽,不含micro:bit主控版、電池與超音波感測器的空車售價都落在2000以下,與一般市售的同類型商品相比較,這部由台灣的世界冠軍團隊所設計製造的自走車,CP值破錶的高,值得讓每個孩子都能擁有一部,創造深刻的學習體驗。
文/ 江玉麟 圖/龍華科大
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