机器人,给我做一个三明治!

一个来自科学伙伴的令人惊讶的有趣科学活动

通过这个低科技的午餐活动,学习一些面包和(花生)酱编程。

George Retseck

核心概念
技术
逻辑
计算机编程
调试

简介
你是否曾经想要一个可以做所有家务的机器人助手?科幻小说已经向我们展示了几十年的这种机器人,但它们仍然无法使用! 到底是什么耽误了这么久?在这个项目中,你将研究为“机器人”编程以执行简单的家务任务(例如制作三明治)时遇到的一些挑战。

背景
电影和电视中充满了可以像人类一样看、感觉和行动的机器人。它们可以飞行、说话、奔跑、跳跃和做许多其他事情。 然而,在现实世界中,机器人的能力要有限得多。人类非常擅长制造机器或编写计算机程序,这些程序可以比人类更好或更快地完成一项特定的事情。例如,我们有计算机程序可以在国际象棋等游戏中击败人类,或者包括《危险边缘》在内的电视游戏节目。 有机械臂可以在工厂中快速组装汽车,比人们更快、更准确。你甚至可以购买自动清洁地板的机器人吸尘器!


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但是,想象一下,你拿起任何这些机器人,要求它执行简单的家务,例如叠衣服或做晚饭。 它们做不到!需要专门构建和编程它们来执行这些任务。在这个项目中,你将专注于这个问题的编程方面。计算机程序是一组供计算机或机器人遵循的指令。计算机非常字面化,会 精确地 遵循指令,即使你在编写指令时犯了错误。对于人类来说可能简单或显而易见的事情,例如制作三明治,对于机器人来说根本不明显。必须 精确地 告诉机器人做什么。在这个项目中,你将为一个人编写一个“程序”来制作花生酱和果冻三明治。你将要求这个人“像机器人一样思考”并非常字面地理解你的指示。制作三明治很简单 - 这应该很容易,对吧?你可能会感到惊讶!

注意:构建一个可以完成人类手所能做的一切的机器人——例如在不破坏它们的情况下捡起形状各异的物体——这是另一个完全不同的问题。在这个项目中,你将要求志愿者像机器人一样行动,因此你不必担心构建机器人。有关构建机器人手的项目,请参阅“更多探索”部分中的链接。

材料

  • 面包

  • 花生酱

  • 果冻

  • 盘子

  • 纸巾

  • 志愿者

  • 铅笔和纸

  • 可以容忍少量混乱的表面

准备

  • 考虑一下你制作花生酱和果冻三明治的步骤。将其分解为一系列步骤,一次一步。

  • 将此过程写成编号列表(步骤 1,步骤 2…)。确保你包括 所有 步骤,即使你认为这些步骤是显而易见的。

步骤

  • 将你书面的步骤和其他材料交给你的志愿者。你的志愿者可能已经知道如何制作花生酱和果冻三明治。解释说你需要他们假装以前从未做过三明治。你希望他们 精确地 按照你书面的指示去做。他们需要像机器人一样行动,并执行指令告诉他们的任何操作——即使这会导致错误。他们也不应假设任何遗漏的步骤。

  • 仔细观察你的志愿者遵循该步骤的过程。 他们犯了什么错误吗?如果有,在你的程序的哪个步骤?写下步骤以及发生的问题。

  • 现在你需要通过修复代码中的错误来“调试”你的程序。根据你观察到的任何错误的注释,编写一个新版本的程序,并要求你的志愿者再次尝试。 他们是否犯了与上次相同的错误?是否出现新的错误?

  • 重复调试过程,直到你的志愿者成功制作出普通的花生酱和果冻三明治。 它花了多少次尝试?

  • 额外: 你也可以尝试使用口头命令而不是书面指示来完成此项目。

  • 额外: 尝试使用其他家务来完成此项目,例如洗碗、叠衣服或打扫房间。

观察和结果
你可能会非常惊讶地发现,起初,你的志愿者没有按照你认为非常简单的一组指令进行操作。你制作三明治时会采取很多微小的步骤,这些步骤你可能会自动执行,而不会过多考虑它们,并且你可能忘记将它们包含在你的程序中。例如,如果你的程序只是说“将花生酱涂在面包上”怎么办?这对你来说似乎足够明显。但是,你的志愿者可能做了愚蠢的事情,例如用手指将花生酱涂在面包袋上!但是请记住,你的志愿者是一个需要非常具体指令的机器人。你没有指定他们应该用 来涂抹花生酱,或者他们需要先从袋子里拿出一片面包!

在此项目中,可能会发生许多其他简单的错误——例如使用刀的错误端,没有先取下罐子的盖子,将面包片的错误面朝向彼此等等。每次你发现错误时,都必须更改程序以进行纠正并再次尝试。可能需要多次尝试才能完全调试你的程序!

清理
如果你的代码中有很多“错误”,这个项目可能会变得有点混乱!使用湿纸巾清理任何洒出的花生酱和果冻。

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此活动由 科学伙伴 合作提供

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