劉東澤發明的激光筆。
來自人大附中朝陽學校的劉東澤是學校出了名的“修理工”：英語老師的聽力設備播放不了了，他是解決燃眉之急的可靠幫手；化學老師的翻頁筆壞了，他三下五除二就能給修好；班里和實驗室的空調“罷工”了，經過他的“安撫”之后便能正常工作……
“這并不是我與生俱來的‘超能力’，而是我從小在強烈好奇心和求知欲的驅使下，無數次拆裝家里電器設備之后積淀而成的一種能力。”也正是憑借這些能力，這位高三畢業生剛剛榮獲了第十一屆中國青少年科技創新獎；此前，他還拿下了第32屆全國青少年科技創新大賽的最高榮譽“中國科協主席獎”，包括他在內，每屆比賽全國僅3人獲此殊榮。
家里沒有沒被拆過的電器
劉東澤愛動手的習慣是受自己父親的影響。在他的記憶里，家里就沒有爸爸不會修的東西。他還記得，2000年前后，舅舅送給他們一臺老式收音機；這么多年過去了，經過爸爸一次次地妙手回春，收音機還在頑強地工作著。
家里從小對劉東澤就有個要求——不買重樣的玩具，玩具一旦壞了自己修。變形金剛、MP3、小電路板……從爸爸帶著一起修，到自己獨立動手，劉東澤越來越感受到動手的樂趣，家里很多電器都成了他改造的對象。
上小學時，東澤的爺爺奶奶住在郊區。他發現，到了晚上，老人總是需要提前把燈關掉再慢慢走到床邊。東澤看了很擔心，怎么才能讓他們在床上就可以隨時開關燈呢？東澤想到了電視遙控器，在爸爸的幫助下，他購買了紅外發射管、紅外接收頭等元器件，對電燈進行了升級，制作了生平第一個為生活帶來便捷的作品——家用遙控燈開關。后來，在此基礎上，他又繼續升級，對遙控板上的按鍵進行改造，實現了不同按鍵控制燈光的不同亮度。
有一次，媽媽用洗衣機洗完衣服，忘記及時拿出來晾上，等想起來時，洗衣機里的衣服已經褶皺不堪。于是，他便有心為家里的洗衣機制作一個機洗完畢報警器。拆下電路板，仔細觀察洗衣狀態與顯示燈以及電路信號的關系之后，他發現，在洗衣結束后，某條特定線路上會有脈沖信號經過；將這條線路引出，嵌入報警電路，便可以成功捕捉洗衣結束信號，進行報警。之后，全家再也沒有因為忘記清洗完的衣物而郁悶過。
這樣的成功顯然給了東澤很大的激勵，也給足了他不斷向不同電器“下手”的勇氣。不過，要說起爺兒倆最大的工程，還要數對汽車座椅的改造。原來，因為父母兩個人同用一輛汽車，爸爸剛用完車，媽媽上車前就要重新調節座椅姿態。能不能讓座椅擁有記憶功能，一鍵自動到位呢？東澤和爸爸仔細研究了座椅電路，檢測出每條線路功能，通過記錄座椅位移的距離和角度形成算法，并添加一定的調節裝置，從而確定座椅特定角度和位移時線路的狀態，讓座椅擁有“記憶”功能。上車之后，只要輕按為自己定制的按鈕，座椅便會移動到之前設置的舒適狀態。“爸爸的同事和好朋友看到了，都覺得很方便，讓我們幫他們也做一個。通過思考和動手實踐操作，能為身邊的親朋好友帶來便利，讓我體會到了創新的意義和價值。”
升級激光筆拿下“最高獎”
劉東澤說，自己的很多作品都是出于對生活的觀察，解決生活某方面的痛點。就拿讓自己斬獲無數獎項的“升級激光筆”來說，就是來自生活的經驗。
激光筆大家都很熟悉，是不少課堂上PPT演示的好幫手。但是劉東澤發現，平時上課或者開會進行PPT演示時，“點擊超鏈接”等這類操作是激光筆無法實現的，常常需要一個人在旁邊輔助才能完成對屏幕的精準控制。上高中之前參加學校開放日時，劉東澤發現，報告廳主會場和分會場同步演示講解內容時，由于無法實現計算機的鼠標光標跟隨激光筆光點同步移動，使得遠程觀眾看不到PPT上的激光筆指示位置，大大影響了演示效果。
進一步了解后劉東澤得知，針對這一問題，目前已經有了相關解決方案，比如在使用激光筆的主會場架一個攝像機，捕捉畫面中的運動紅點后，將這一信號傳給電腦，電腦再向鼠標發出指令。但是，這樣一來，不僅增加了成本，而且也帶來了很多不便；另外在他看來，要實現鼠標的同步跟隨，只需要讀取光點的位置信息，使用攝像機其實浪費了圖像處理的運算。于是，劉東澤產生了打造一款集攝像機、激光筆、鼠標功能于一身的“升級激光筆”的想法。
使用他的激光筆時，屏幕反射的光線會透過激光筆前端的小孔，投射在上、下、左、右四個線陣器件上，該器件捕捉到的線段亮度信息以及圖像數據，由單片機處理后得到投影幕布的邊界數據。將邊界數據結合地磁傳感器所獲得的激光筆與屏幕的夾角，通過一定的數學運算即可準確計算出激光點在屏幕上的位置。激光點的位置數據和按鍵數據通過無線方式發射出去，由計算機上的USB接收器接收，再通過執行Windows程序，便能實現對鼠標的控制及按鍵操作。這樣一來，激光筆光斑的坐標計算不再需要復雜的圖像識別技術。劉東澤還為這款激光筆增加了“關閉激光”的功能，以適用于禁止使用激光的演示環境，該場景下同樣可以實現鼠標的跟隨。
這一作品讓他分別斬獲“全國青創賽”和“明天小小科學家”這兩大青少年科技創新界代表性賽事的一等獎，“后來有評委老師告訴我，好多年都沒有人同時在這兩個比賽里拿一等獎了。”讓他驚喜和意外的是，這一作品同時還拿下第32屆全國青少年科技創新大賽的“中國科協主席獎”，要知道，每屆全國僅三人有幸獲此殊榮。
解放人手讓機器人自動取貨
高一寒假，劉東澤入選北京市“翱翔計劃”，在專家指導下，開始進行研究性學習——他的科研和動手興趣有了來自專業領域的支撐。
研究課題的選擇同樣來自于生活。在瀏覽新聞時，劉東澤發現一則關于“亞馬遜公司智能機器人掀起庫房革命”的消息，詳細了解后，他意識到，將整個貨架都搬運到柜臺附近，然后由工人去揀取需要的貨物，這種方法雖然控制起來相對簡單，但缺點也很明顯：為了揀取一個貨物，就需要將整個貨架都搬運出來，低效而不節能，而且并沒有完全解放人工，貨物的揀取還是需要工作人員完成。
為什么不讓機器人直接針對貨物進行分揀呢？由此，他萌生了制作“庫房自動存取貨機器人”的想法。
要能存取貨物，首先要實現機器人的自動行走。劉東澤說，目前最基本的行走方式就是循跡行走，通過在機器人的前端朝向地面方向安裝紅外發射檢測模塊，就可以實現機器人在提前設置的軌跡上行走。
行走的同時，機器人側面的傳感器不斷讀取周圍障礙物信息，以確定所處位置：當機器人經過發貨柜臺、貨架或者取貨柜臺時，傳感器的狀態將發生翻轉，以此來判斷機器人已經進入的區域。根據不同位置，機器人將執行不同程序。比如，如果機器人到達的是貨架，則啟動條碼掃描程序，以檢測是否是預期的貨架，如果是，則執行相關操作；如果不是，則繼續尋找下一個貨架。再比如，如果機器人到達的是取貨柜臺，則判斷當前任務是否是取貨，如果是，則啟動對正定位，方便讓機械手可以順利拿起發貨柜臺上的貨物；如果不是，則表明任務完成，發出蜂鳴提示音。
對于劉東澤來說，參與“翱翔計劃”，從確定主題，到著手開始制作，再到作品成型、論文的完成，每走一步都是新的嘗試與挑戰，這也是他在高中期間獨立完成的最大項目之一。在他看來，課題只是他對當下庫房管理未來展望的一個縮影，還有很多值得推敲改進的地方。比如，目前機器人是通過一步步判斷才能到達目標貨架，未來是否能讓機器人直接到達指定地點？他也在做著新的思考。
如今，高中畢業，劉東澤將進入心儀的大學繼續計算機方面的學習。他希望未來有一天，能在計算機和安防系統方面作出自己的貢獻。
本報記者牛偉坤 文并圖 J191
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