如果給您一(yi)百英鎊(bang)用于改(gai)造(zao)一(yi)架無人(ren)機(ji)，讓其(qi)能投入到動物保護(hu)領域(yu)中(zhong)(zhong)，您會有怎樣的(de)改(gai)造(zao)創意(yi)？BIEA（2019）國(guo)(guo)際青少年科創大賽(sai)入圍決賽(sai)的(de)18個國(guo)(guo)家地區共計45支隊(dui)伍，運用他(ta)們所掌(zhang)握(wo)的(de)STEM知識(shi)及對保護(hu)瀕危動物的(de)人(ren)文情懷，發揮團隊(dui)精神將天馬行空的(de)改(gai)造(zao)想(xiang)法變成可被實踐的(de)創意(yi)報告，最終在上百份(fen)報告中(zhong)(zhong)脫穎(ying)而出給大賽(sai)評委留下深刻印象。
本屆大賽主題為“無人機大戰物種滅絕”，拯救(jiu)瀕危動(dong)物(wu)是無人(ren)機改造的(de)初衷，這些動(dong)物(wu)可能處于高原(yuan)、沙漠、海洋或平原(yuan)，復(fu)雜的(de)飛(fei)行(xing)環(huan)境是改造工作面(mian)臨的(de)重(zhong)要挑(tiao)戰。令人(ren)驚喜的(de)是，在入(ru)圍決賽的(de)45支隊伍提交的(de)創(chuang)意報(bao)告中，三(san)個年(nian)齡組的(de)科創(chuang)青少年(nian)們都敏銳地(di)捕捉(zhuo)到問題的(de)關鍵點(dian)。
外形改造作為各隊伍關注的首要環節，青少年們不僅考慮到溫度、風沙等自然因素對機身的要求，還考慮到隱蔽性、便攜性等機身因素對執行任務的影響。9-11歲(sui)年(nian)齡組(zu)的(de)隊伍通過(guo)繪畫形式繪制了他(ta)們(men)理想(xiang)的(de)無(wu)人(ren)機(ji)樣式，11-14歲(sui)、15-17歲(sui)年(nian)齡組(zu)的(de)隊伍則借(jie)助CAD軟件(jian)及3D打印(yin)技術設計出他(ta)們(men)心中的(de)無(wu)人(ren)機(ji)。科創青少(shao)年(nian)們(men)還通過(guo)反復的(de)比對、驗證，在(zai)固定翼(yi)無(wu)人(ren)機(ji)，多旋翼(yi)無(wu)人(ren)機(ji)、單旋翼(yi)無(wu)人(ren)機(ji)等類型中，挑選(xuan)出能(neng)更好(hao)適應飛行環境(jing)的(de)機(ji)型進行改造。大家各(ge)憑能(neng)力運用所掌握(wo)的(de)STEM技能(neng)為(wei)夢想(xiang)插上飛翔的(de)翅膀。
在這場看似非常酷的拯救行動背后，如何借助無人機跟蹤目標動物、記錄它們的生存狀態、幫助護林人員發現偷獵者，是對青少年們STEM技能的巨大挑戰。無(wu)人(ren)機的(de)(de)飛(fei)行高度與噪音將決定其會(hui)否對動物造(zao)成驚嚇(xia)或被(bei)偷獵者發現(xian)從而被(bei)擊落。怎(zen)樣改造(zao)無(wu)人(ren)機令它飛(fei)得更高、產生的(de)(de)噪音更小、獲取的(de)(de)影像更多(duo)更全面更清(qing)晰是每支隊伍都在考慮并致力(li)解決的(de)(de)問題。
科創青少年們討論的第一個重點是無人機機身的選材問題。首(shou)先，機(ji)身材(cai)料要選用質量(liang)輕、強(qiang)度(du)(du)高(gao)的(de)(de)(de)材(cai)料，目的(de)(de)(de)是(shi)提高(gao)飛行的(de)(de)(de)穩定性與(yu)承載能(neng)(neng)力(li)，同時(shi)降低能(neng)(neng)耗。其次，機(ji)身材(cai)料要有良好的(de)(de)(de)外部(bu)環境適應(ying)(ying)性，比如對(dui)大氣(qi)濕(shi)度(du)(du)、溫(wen)度(du)(du)、光(guang)照、風速(su)等外部(bu)條(tiao)件(jian)急劇(ju)變(bian)化時(shi)的(de)(de)(de)適應(ying)(ying)能(neng)(neng)力(li)。鋁合(he)金、鎂合(he)金、EPP材(cai)料、EPO材(cai)料、ABS塑料、碳纖維復(fu)合(he)材(cai)料等可用于制作(zuo)機(ji)身的(de)(de)(de)材(cai)料紛紛被納入科創青少(shao)年們的(de)(de)(de)視野。經過反復(fu)論證與(yu)實驗，碳纖維復(fu)合(he)材(cai)料因其質量(liang)輕、強(qiang)度(du)(du)高(gao)、穩定性高(gao)成為大多數(shu)隊伍的(de)(de)(de)首(shou)選材(cai)料。
好的機身材料保證了無人機在不同環境條件下的正常作業并有助提高其飛行高度，但它并不能更好地解決無人機的噪音問題。機智的科創青少年們把解決問題的焦點集中在電機身上，因為低頻使用電機能有效降低噪音帶來的影響。非常多的(de)隊(dui)(dui)伍在(zai)(zai)報(bao)告中論(lun)證了這一(yi)想法并(bing)給出選擇(ze)相(xiang)應電(dian)機(ji)(ji)的(de)理(li)由。英國有(you)支(zhi)隊(dui)(dui)伍從無人機(ji)(ji)結(jie)構及負(fu)載能力(li)(li)方面考慮，借助(zhu)空氣動(dong)力(li)(li)學知(zhi)識減少電(dian)機(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)，在(zai)(zai)降(jiang)低噪音(yin)的(de)同時提(ti)高(gao)了無人機(ji)(ji)的(de)機(ji)(ji)動(dong)性(xing)；中國有(you)支(zhi)隊(dui)(dui)伍通過計(ji)算每臺無人機(ji)(ji)可承受的(de)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)重量并(bing)結(jie)合KV值等(deng)數據挑選了理(li)想的(de)電(dian)機(ji)(ji)模型；斯里蘭卡的(de)一(yi)支(zhi)隊(dui)(dui)伍則發(fa)現(xian)采用無刷電(dian)機(ji)(ji)能更(geng)好地減少噪音(yin)。
在有效解決了無人機的機身選材及噪音問題后，如何實現動物追蹤、發現偷獵者、完成拯救任務成為所有參賽隊伍的終極挑戰！科創青少年們在無人機控制、攝像機跟蹤拍攝、數據處理上苦心鉆研，每支隊伍都提出了自己的獨到創意。
北愛(ai)爾蘭一(yi)支(zhi)隊(dui)伍深入研究相(xiang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)與無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)身(shen)絞盤的(de)連(lian)接和防水措施，以令其(qi)能(neng)更靠近水面；中國一(yi)支(zhi)隊(dui)伍則(ze)考(kao)慮用(yong)(yong)星光級超低照(zhao)度(du)傳感器攝(she)像頭來提(ti)高無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)夜間(jian)拍攝(she)的(de)圖像質(zhi)量；墨西(xi)哥(ge)有隊(dui)伍決定用(yong)(yong)紅外攝(she)像機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和遠程相(xiang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)來識(shi)別對象并(bing)驗證動作的(de)準確性；加拿大有隊(dui)伍采用(yong)(yong)熱成像相(xiang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)來收集動物數據(ju)。至于通(tong)過不同攝(she)像機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)采集到(dao)的(de)動物數據(ju)應該如(ru)何解(jie)讀(du)，科創青少(shao)年們(men)更是各顯其(qi)能(neng)。或(huo)運用(yong)(yong)Python編程實(shi)現無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)控制、或(huo)使用(yong)(yong)arduino模組實(shi)現無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)視覺(jue)算法、或(huo)加入AI算法提(ti)高無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)自適(shi)應能(neng)力及識(shi)別精度(du)……科創青少(shao)年們(men)將他們(men)所學(xue)到(dao)的(de)多門學(xue)科知(zhi)識(shi)進行融(rong)合、輸出，最終提(ti)交了一(yi)份(fen)份(fen)具有自身(shen)團隊(dui)特色的(de)無人機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)創意改(gai)造報告。
STEM教育已然成為國際教育舞臺上最璀璨的明星，然而STEM并不單向青少年灌輸科創知識，更重要的還需要為他們提供輸出知識的實踐平臺。畢竟創新是一個高度復雜的系統工程，唯有學以致用，為科創青少年們提供多學科知識綜合運用的機會，讓青少年在日新月異的科技發展中創新思維，掌控科技并培養其心懷世界的人文態度，我們的樂見未來才得以到來！
