第十二届中国青少年机器人竞赛机器人创意比赛主题与规则

　　1 关于机器人创意比赛

　　机器人创意比赛是基于每年一度的中国青少年机器人竞赛的主题与规则，组织在校中小学生机器人爱好者，花费6个月左右的时间，在课题导师或教练员的指导下，在学校、家庭、校外机器人工作室或科技实验室里，以个人或小组的方式，进行智能机器人的创意、设计、编程与制作，最后以具体的机器人创意作品的形式参加中国青少年机器人竞赛组委会举办的机器人创意比赛活动。

　　机器人创意比赛对于培养学生学习与综合运用机器人技术、电子信息技术、工程技术，激发创新思维潜能，提高综合设计和制作的能力极为有益。

　　2 主题：仿生机器人

　　2.1主题简介

　　早在人类出现之前，各种生物已在地球上存活了亿万年。在历经沧海桑田、物竞天择的进化过程中，它们的内部形成了极其精确和完善的机制，获得了适应大自然环境变化的强大能力。神奇的生物界具有许多卓有成效的本领，显示出比迄今任何人造机械都优越的特性或功能。如结构的物理力学特性；体内的生物合成 能量转换、信息的接受和传递；识别、导航、定向计算和综合等。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性堪称巧夺天工，令人惊叹不已。

　　仿生学（bionics）是一个在具有生命之意的希腊 语bion上，加表达工程技术涵义的ics而组成的词语，大约始于1960年。仿生学就是要在工程上实现并有效地模仿和应用生物功能的一门学科，是连接生物与技术的桥梁。顾名思义，仿生机器人是仿生学原理在机器人学科的具体应用。

　　与生物界的所有类群比较，人类的能力和智慧之所以无与伦比，就在于人类能够借助智慧和双手制造工具，改造自然，其中也包括通过观察、设计、实验去认识自然界，模仿生物，从而在生存环境里获得更多的自由。

　　人们的仿生探索活动由来已久，从比照鱼类的形体打造船只，到模仿鸟儿的双翅，乘飞机翱翔蓝天，例子俯首皆是。

　　机器人学科的情况同样如此。从古至今，人类创造仿生机器人的冲动方兴未艾。近的，如机器狗、双足机器人、人工假肢等等，在现代机器人发展的半个世纪中，仿生机器人始终是一个热门研究课题，是机器人学重要的一个分支。

　　本届“机器人创意比赛”的主题选定“仿生机器人”，其主旨在推动我国青少年亲近自然界，通过观察和了解生物界，汲取创作机器人的灵感，让机器人更好的为人类服务。

　　2.2课题研究

　　仿生机器人涉及到两个关键词，一是机器人，二是仿生。对于前者，大家都有比较多的了解，所以重点来解读后者。

　　（1）生物界的多样性，决定了仿生机器人的多样性。因此，仿生机器人的选题很宽泛，可谓多姿多彩。在课题研究的选题阶段，参赛队需要注意自然界生物的多样性，从中提炼所要模仿的生物的独特之处，查明它们的具体原理、机理、机制，归纳出机器人的创新点。仿生机器人的创新点一定聚焦在机器人与生物的结合点上，在那里生长出新颖性。

　　（2）研究步骤

　　通常研发仿生机器人需要经过下面几个环节：

　　类比--既然要仿生，就必须有意识地向生物界学习，对生物原型加以调查剖析。最通常的方法是运用类比方法，即比对人类和生物之间的差异，找出后者的优异之处，以此锁定模仿的对象，探究其基本原理和组织机制，从中汲取创新的源泉。

　　抽象--由于生物系统的复杂性，为了探究生物系统的原理和机制，需要从纷繁的因素中抽丝剥茧，去伪存真，提炼主要因素，得到一个较为简化的生物模型 .这个模型应该能够描绘出所模仿的生物的主要特质及原理。这样就确定了创新点。

　　映射--生物体和机器之间存在明显的区别。简单说，生物体是一个有机的生命体，而机器是无生命的无机体。后者必须遵循物理-力学的定律 ,才能使各部分协调运转。因此，如何由机械系统实现生物功能，不能局限于简单的仿生，更重要的是把生物模型映射成一个机械模型，一个具有工程可行性的实物模型,这就要求在原有基础上创新和提高。

　　生物模型、数学模型和机械模型三者，前者是基础，后者是目的，而数学模型则是这两者的桥梁。

　　实验--经过实践-认识-再实践的多次重复，仿生机器人逐渐趋近被模拟生物的功能，最终仿生机器人可能与生物原型有些许区别，有时存在落差，有时在某些方面超过原型。例如动力假肢的承重能力就超过了普通人类的体能极限。再一个浅显的例子是电子计算机比人的计算能力迅速而又可靠。