Login  |  繁體中文
感謝您對「自由軟體鑄造場」的支持與愛護,十多年來「自由軟體鑄造場」受中央研究院支持,並在資訊科學研究所以及資訊科技創新研究中心執行,現已完成階段性的任務。 本網站預計持續維運至 2021年底,網站內容基本上不會再更動。
也紀念我們永遠的朋友 李士傑先生(Shih-Chieh Ilya Li)。
News

學生利用 Arduino 製作智慧型設備與科學儀器

本文翻譯自 opensource.com,原作者為 Jon Davis:https://opensource.com/life/14/9/tools-scientific-discovery-open-hardware

最近美國國家工程學院 (National Academy of Engineering) 公佈了 14 個 21 世紀的巨大工程挑戰。這個清單看起來很不錯,從推展環境永續性、人類健康,到加強人類能力的資訊技術。不過最引起我注意的,是清單的最後一項,建造科學發現的工具。

作為一名公立高中的科學教師,購買我需要的所有科學儀器,或許已超出我能運用的經費之外,如果用少量經費,就能打造這些儀器那不是很棒嗎?而身為一名遺傳學老師,我了解到,像機器人定序儀 (robotic sequencing machines) 已經加速許多物種的基因組研究。定序方法的進展甚至超越了摩爾定律。我們要如何訓練出能夠建造工具,協助科學家了解自然界的下一代的工程師?其中一個答案是,鼓舞年輕人去想像這樣的計劃,並給予他們完成計劃的工具。在這方面的努力中,Arduino 這樣的開源工具相當具有價值。

Arduino 是作為電子設備原型開發的一款開源微控制器,它可以連接到種類廣泛的低價感測器以收集資料。這些資料可以儲存在 SD 卡,傳回個人電腦或上傳到雲端做後續處理。Arduino 可以起動馬達,建造可以移動且感測的科學儀器。正如 Arduino 共同發明人 Massimo Banzi 在他的 TED 演說中所展示,初中與高中生有能力透過 Arduino 建造科學儀器。在他的例子裡,有學生建構了地震感測器、酸度計,以及各式各樣的機器人。

在我們的教室中,學生在黑客機器人手臂,打造新的人機遊戲介面,為車輛加裝感測器,並且開發能眾包全城臭氧水準的穿戴式空氣污染監測器。

現在,我是一名訓練有素的生物學家,而非工程師,於是製作這些設備的原型在技術上是一大挑戰。幸運的是,在專案開發過程中,我不需要步步引導學生,因為開源社群已經提供了讓他們起步的範例、Arduino 程式碼、文件。學生可以取得現有的程式碼,加以修改,利用他們的創意延伸先前的成果。我認為 Arduino 是個理想的教學平台。它可以讓學生學習寫程式,不過他們的程式碼所做的不只是移動螢幕像素。他們的程式碼會為現實世界中能夠移動、感測,協助我們學習更多有關大自然一切的裝置賦予生命。

為了建構我們的專案,我們使用由 Google 北卡羅萊納科學與數學中學 (NCSSM,North Carolina School of Science and Mathematics) 校友慷慨捐贈的 Google ADK,這是 Arduino Mega 與 Due 的修改版本。Google 是長期的開源技術支持者。歷經數周的原型開發,學生們做出了可以動作的裝置!之後學生們在山景城將專案展示給 Google 員工。

最近我們系上老師被要求開設以工程為重點的課程。我的部分是一系列的新農業科技與生物科技課程。在讀到透過機器人、無人駕駛載具、無線傳感器網路、溫室控制等各種方式,自動化正在推動農業改革時,我發現以上每一種技術都可以用 Arduino 進行自動化。此外,Arduino 事實上正用來作為這些新一代裝置的原型開發。

加州大學戴維斯分校一間實驗室 的成員,正使用 Arduino 開發科學儀器與無線感測網路,在加州的極端乾旱期間節約用水。他們的同事開發農業機器人,在勞工短缺時協助加州農場工人。DIYDrones 的社群使用開源 ArduCopterMissionPlanner,推動了現代四軸飛行器的發展。在農業上使用無人機作為遠端感測,獲得外界很大的期望。

顯然,目前正是訓練農業學生熟悉 Arduino 開發的絕佳時刻,NCSSM 的農業課程和其他學科的課程一樣,都採用創用 CC 授權在線上開放給大眾。請參考。今年我開始把 Arduino 的使用推廣給其他教師與社群成員,我希望今年能招募到另一批學生,著手開始溫室自動化、無線傳感器網路、無人飛行器、機器人方面的農業專案。我們的目標很簡單,以更少投入種植出更多糧食。更少的投入,我指的是,較少的水、肥料、農藥和耕作。這些投入每一項都很昂貴,同時會對環境造成一些負面影響。這就是開放源碼技術帶來的精密農業!

我總是說教學就是開放源碼,我們老師一直在分享課程計劃、投影片、活動指南。資深教師提供歷史教材協助新進教師,而新進教師則以新穎的想法和最新的技術協助資深教師。開源工具非常適合應用在教育上,因為其自由、可供分享、開放探索與改進,更重要的是,有強大的用戶社群支援。

Arduino 用戶社群以這塊小小的開源電路板,加上開源的 IDE,以及創用 CC 授權的程式碼和文件,創造了一套多樣化的原型開發平台,協助實現了巨大工程挑戰的最後一個項目,也就是建造科學發現的工具。如果你是位需要新儀器的科學教師,請考慮自行製作。開源社群會在這裡協助你。




OSSF Newsletter : 第 249 期 「兒童呼吸網」關心幼兒呼吸與睡眠─「健康資訊雲端服務平台」專訪

Category: FOSS News