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简介

振动机器人Bristlebots是一种有趣的,用牙刷头、一个小的手表电池、一个微型振动电机——就像电动牙刷中的那种电机,制作而成的流行机器人。虽然这些电子零件可能很难在房子周围找到,不过如果你做一个简易的振动台来代替的话,也能造出振动机器人Bristlebots来。这个项目将向你展示造法——不需要任何电子零件!

背景

振动机器人Bristlebots是一种被叫做“振动机器人vibrobots”的简易版本,意思是它们由振动来驱动。你有没有注意到,振动模式下的手机如果有来电的话,会在桌面上轻微地移动,或者感受过视频游戏操控器在手中嗡嗡作响的感觉?会发生这些情况,因为这些电子设备中有带有旋转质量的微型电机。当这些旋转件快速旋转,会使整个装置都振动起来。你可以将其中一台电机跟小电池一起放到牙刷上,做成一个微型机器人。

第 1 段(可获 2 积分)

不同于通常意义上有一定“智能”和转向功能的较大机器人,振动机器人的反弹跳跃是随机的。但是,你还是可以通过调整你制造过程中的精细程度,来对振动机器人的运动加以控制。在这个项目中,你将测试出使用直刷毛或者波浪刷毛,会怎样影响振动机器人的运动,而且可以尝试找出让它动作更快、走得更直的设计方案。

材料

  • 两柄直刷毛的牙刷
  • 两柄波浪刷毛的牙刷
  • 剪刀
  • 尺子
  • 胶水、或双面泡沫胶带
  • 中型纸盒, 像麦片盒或鞋盒
  • 三支木制铅笔
  • 其他各种材料: 管道清洁器,牙签,聚苯乙烯泡沫塑料,等等(可选)
第 2 段(可获 2 积分)

准备

  • 小心地剪下纸盒的大平面。
  • 从盒子的另一侧剪下两个小点的正方形,边长约为4厘米。
  • 在大人的帮助下,切下4柄牙刷的刷头。
  • 将2个直刷毛的刷头,用胶水或者胶带粘到一片正方形纸板上,做成第一个振动机器人。 把牙刷头的背面贴在纸板上,让振动机器人看起来就像用细小的腿接触地面一样。刷头粘贴时,应相互平行。
  • 将2个波浪刷毛的刷头,用同样的方法制作出第二个振动机器人。
  • 把两支铅笔相互平行地放在桌上,并把大的纸板放在上面。
  • 把做好的两个振动机器人放到纸板的一端。
第 3 段(可获 2 积分)

过程

  • 现在,你可以让你的振动机器人动起来啦!使用第三根铅笔的橡皮头那端,像鼓槌一样快速地轻敲大纸板,让它振动起来。
  • 你的振动机器人动了吗?它们往哪个方向走?其中一个移动速度更快,或着走得更直吗?
  • 继续轻敲那块纸板。你可以让某个振动机器人一直走到纸板的另一端吗?如果你调整敲击力度,或者敲击频率,会使它们的运动发生改变吗?
  • 补充:装扮一下你的振动机器人!使用彩色建筑纸,加上管道清洁器、会动的眼珠——但要小心不要增加太多的重量,否则可能会减缓移动速度!
  • 补充:想想你可以怎么修改你的机器人设计。我们给出了两个非常基本的设计,来让你入门,不过你不必使用这种方案。你可以使用任意现成的家用材料,来制造你自己的振动机器人。例如,你甚至不需要使用牙刷。如果你用牙签当腿,会发生什么呢?你能设计并制造出一个走得更快、更直的振动机器人吗? 更多的设计理念,请参阅下面的“RumbleBots”链接。 
  • 补充:剪下三个长条状的纸板,将它们做成大纸板上的两条平行赛道的隔离墙。这会让你更容易一次比赛就测试两种不同的设计,因为隔离墙会帮助振动机器人沿直线前进。请朋友们做出自己的振动机器人,然后让它们进行较量吧!
第 4 段(可获 2 积分)

观察和结果

跟直刷毛振动机器人相比,你可能发现波浪刷毛机器人移动得更快、更直。这是因为,当桌面振动时,刷毛都指向一个方向,就把机器人朝前推。这种工作原理的一个类比是滑雪杆。如果你将滑雪杆竖直向下压低,你是没办法前进的。不过,假如你向斜后方使劲压滑雪杆,你就会向前移动。

由于这是一个工程设计项目,因此并没有唯一的“正确”的答案、或者打造振动机器人的最好方式。你可能会想出自己的设计,做出的机器人可能比这里所描述的还要好。或许,一开始就让振动机器人动起来,你可能会遇到点麻烦,这样的话,你就需要做出些调整。(比如说,牙刷头不平行的话,振动机器人们可能就不能好好移动。)假如第一次尝试不太顺利的话,不要灰心,要勇于尝试自己的新想法!

第 5 段(可获 2 积分)

本项目灵感来源于Doug Stith的《小小rumblebot在手摇跑道比赛》

bristlebot的理念来源于疯狂邪恶实验室的《Bristlebot:小型定向震动机器人》

更多搜索

Build a Bristlebot, a Tiny Toothbrush Robot,来源于科学伙伴

Making Sound Waves,来源于《科学美国人》

Science Activities for All Ages!,来源于科学伙伴

本活动与科学伙伴合作,共同为您呈现

第 6 段(可获 2 积分)

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