【教育之声网11月6日消息】

　　垃圾智能分类设想图

　　铝箔层

　　下压装置

　　垃圾桶盖内部电路

　　设计者余飞扬

　　在日前举办的第15届“明天小小科学家”活动的展示现场，一个配合多传感器实现的“垃圾智能分类机器人”以其环保、节约的理念和方便、简洁的特性而颇受关注。这个垃圾智能分类系统的创造者余飞扬，是一位来自人大附中的高三文科女生。

　　五大检测点实现分类细化

　　余飞扬制作“垃圾分类机器人”的缘由是在一次学校组织的研究性学习活动中，通过调查发现，市民垃圾分类的意识还比较薄弱，外加分类垃圾的基础设施也并不是很完善，“就连平时很注重环保的家人也有时会不小心投放错误。”此外，可回收垃圾的种类很多，“不同种类的处理方法都是不一样的，”统统放置在一个垃圾桶内集中处理不仅会为后期分类带来麻烦，还有可能造成资源的浪费。

　　针对目前的能源危机，如何能减少垃圾分类过程中的人为差错，从而对垃圾进行准确、高效的分类?一个独立于垃圾投放者的自动化、智能化的垃圾分类机器人的念头在余飞扬的头脑中萌生。

　　回头看看这个机器人设计的过程，余飞扬得到的最大一个收获就是认识到在复杂的世界背后蕴藏着的规则往往极为简单。借鉴发达国家对垃圾特性分类的规范，在一次一次的调研中，她试图总结一个针对中国国情的垃圾物理特性表格，最终确定了5个检测点：透明度、挤压声频率、硬度、导电性、质量。

　　其中最基础的是透明度和挤压声频率的识别。通过透明度的辨别，可以区分透明材质和不透明材质，“比如金属和塑料就可以通过透明度来辨识。”此外，在这个“智能垃圾桶”里还安装有下压装置，会对投掷进入垃圾桶的物质进行挤压，每种材质经挤压发出的声频都是不一样的，通过不同挤压声频率的识别，可以区分出不同的材质。

　　在这两种检测条件的基础上，系统还结合硬度、质量、导电性的检测，5个传感器同时运行，就可以得出十分准确的垃圾种类分析结果。“目前已经可以辨别的垃圾种类范围包括塑料瓶、塑料袋、纸盒、旧书、金属易拉罐等。”

　　文科女生解决传感器难题

　　研发的困难超过了以往的预期。遇到的第一个困难就是高二文理分科后，选择了文科的她还要不要坚持下去?人大附中的指导老师在关键时刻给予了她鼓励，认为她的思维比较严密，知识比较全面，视野比较开阔，“最重要的是，人大附中一直注重科学和人文素养的平衡。”从此，每个周五，在学校的实验室里多了这个文科女生的身影。

　　垃圾物理特性确定以后，传感器的选取成为了研发的瓶颈。为测定各项指标，她通过学校和北京大学机器人研究方面的专家取得了联系。“有太多的人要感谢。”接受采访时，这个认真的女孩说出了一长串要感谢的人的名单，名单的第一个就是采访中余飞扬经常念叨的北京大学罗定生老师。在向罗老师说明了自己在传感器选取方面的困惑后，罗老师指导她阅读了国内外最新的相关文献。“突然之间，我就有了一大堆选择，然后我想，好用是一个方面，关键还要能用。”在又一次经过了针对性调研后，她最终选定了红外对射光电传感器、音量传感器、电位器、薄膜压力传感器、电子秤等。“它们都足够便宜，最终产品更可能走进千家万户!”

　　传感器的问题解决了，分类数据的分析算法又来了。“最开始我打算采用SVM算法，芯片预算速度要求较低、多种内核可以使用、样本提取量较小。但实际操作中，我发现SVM算法主要在文件系统中运行，其对数据和模型的提取结果也会输入相应的文件中。问题是，我制作的连接传感器的平台并不支持文件系统。”运算实现不了，系统就没法运行。看着一堆孤立的传感器放在那儿，余飞扬感到有些焦急。直到一个周五下午，在向经常与她一起泡实验室的一名编程“大神”诉说她的苦恼后，两个少年经过一个通宵达旦的工作，终于在原有算法的基础上鼓捣出一个可以在平台上运用的运算函数，同时对平台进行改良，“两者结合系统就可以正常运行了。在那以后，我才真正理解了‘没有人能独自成功’。或者说，‘一滴水只有放在大海里才永不干涸’的道理。”

　　将为机器人安装机械臂

　　最难的部分解决了，磨合中的垃圾智能分类系统还是问题不断。“虽然在制作之前，我曾经认真绘制过图纸，大小部件的位置都经过精心安排，也曾模拟运行成功，但是实际操作过程中还是经历了比较繁琐的调整期。”部件安放位置不精确，致使下压结构卡住;运算数据太大，造成电路板烧毁;电路接、插出现问题，造成电路纠结在一起……这些小毛病在“智能垃圾桶”刚刚成型的时候时常出现，带来困扰。

　　这个调整期长达2个月，利用学校每周五下午的两节研学课，外加其后的两节FTC机器人选修课的时间，余飞扬对自己的“智能分类垃圾桶”不断进行实验、磨合、规范，终于解决了所有磨合期的问题，使“智能垃圾桶”得以顺畅地运作。至高二下学期，历时一年多，垃圾智能分类系统终于基本完成了。

　　对于自己的项目，余飞扬还是有许多展望的。首先，目前垃圾智能分类系统主要是在可回收垃圾的范围内进行细化分类识别，对于可回收与不可回收垃圾的区分还不能很好把握。“其实，最初我的设想就是对可回收与不可回收垃圾进行划分，但由于果核、厨余等不可回收垃圾的形态多数不规则，给辨别造成了很大的困难。”但余飞扬并没有放弃这部分研究，她将为自己的系统增设检测点，扩大垃圾分类的种类。“其中的难点就在于对不可回收垃圾的物理特性的分析和分类。”余飞扬表示，后期将在这方面继续努力。

　　此外，目前的垃圾智能分类系统还不是“垃圾智能分类机器人”的最终形态，余飞扬的预想是在分类容器的外部设置不同的盛放容器，通过机械臂的投掷，可将分类容器辨别出的不同种类的垃圾投放到相应的容器内，实现垃圾分类的全过程。“我已使用绘图软件将整个机器人的外形设计好了。”