為了讓喜歡機(jī)器人的孩子們對生命科學(xué)更感興趣，同時(shí)也讓喜歡生命科學(xué)的孩子更對機(jī)器人感興趣，斯坦福的研究人員設(shè)計(jì)了一套用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的機(jī)器人DIY工具套件。利用樂高M(jìn)indstorms EV3套裝和一些塑料注射器，學(xué)生們可以搭建測量和轉(zhuǎn)移液體的機(jī)器人，使他們的課堂實(shí)驗(yàn)任務(wù)自動(dòng)化。這個(gè)套裝的搭建說明發(fā)表在本周二的Plos Biology期刊上。
“對我來說，最關(guān)鍵的是我們將深受孩子們和教師喜愛的機(jī)器人學(xué)教育和生命科學(xué)教育進(jìn)行了融合?！北卷?xiàng)目的帶頭人，斯坦福大學(xué)生物工程學(xué)家Ingmar Riedel-Kruse表示，“學(xué)習(xí)應(yīng)該是有趣的。如果你能用一臺有趣的機(jī)器人去完成化學(xué)或者生物實(shí)驗(yàn)，可能會更加有趣?！?/p>
Riedel-Kruse和它的團(tuán)隊(duì)使用廉價(jià)的注射器和樂高M(jìn)indstorms EV3——一套價(jià)值390美元的樂高套裝，其中包含一臺小型可編程計(jì)算機(jī)，多個(gè)電機(jī)、傳感器和連接線纜，搭建了搭建了濕實(shí)驗(yàn)室(譯者注：wet-lab，指通過分子、細(xì)胞、生理學(xué)試驗(yàn)方法進(jìn)行研究的實(shí)驗(yàn)室，與干實(shí)驗(yàn)室相對)機(jī)器人。團(tuán)隊(duì)通過對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)置，使其可以將注射器從一個(gè)試管取出液體，移動(dòng)到另一個(gè)試管并將液體放入。通過編程，這臺機(jī)器人吸取液體的精度可達(dá)微升量級。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面向小學(xué)、中學(xué)和高中生小組測試了他們的機(jī)器人。其中一個(gè)由年齡在10到11歲左右的小女孩組成的小組是最年幼的小組，她們在老師的幫助下，搭建起了最簡單版本的濕實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人。來自高中的小組搭建起了更為復(fù)雜的機(jī)器人，包括一個(gè)帶固定式注射器和可移動(dòng)多孔板(多孔板上有方井狀的多孔結(jié)構(gòu)用于存放液體，是生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的基本儀器)。
這套機(jī)器人可通過編程實(shí)現(xiàn)多種基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)，例如混合有色溶液，比較溶液的pH值，測量溶液的色度，展示不同鹽濃度的溶液是如何分層的，而非混合在一起。
Riedel-Kruse表示，他希望將機(jī)器人帶到生命科學(xué)的課堂里。美國國家自然科學(xué)基金獎(jiǎng)勵(lì)他和他的合作者近90萬美元，用于編寫教材，并在未來三年內(nèi)向?qū)W校發(fā)放機(jī)器人套裝。在一個(gè)叫做Learningtech.org的非營利性科技教育組織的幫助下，Riedel-Kruse團(tuán)隊(duì)首先將開展一項(xiàng)課后項(xiàng)目，來自美國舊金山灣區(qū)初高中的十余名教師參與其中。Riedel-Kruse希望該項(xiàng)目將擴(kuò)大到加州以外。
這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是讓孩子們同時(shí)接觸生命科學(xué)和機(jī)器人學(xué)，希望他們在他們的職業(yè)生涯中可以兼顧二者。Riedel-Kruse說，“有些學(xué)生有編程的天賦，有些有研究生命科學(xué)的才能”，這是可以使二者結(jié)合的一種方式。
Mindstorms(頭腦風(fēng)暴)這一概念源于麻省理工學(xué)院Seymour Papert教授1980年撰寫的著作。在這本名為《頭腦風(fēng)暴：孩子，計(jì)算機(jī)與強(qiáng)大的思想》的著作中，Papert提出計(jì)算機(jī)可以增進(jìn)學(xué)習(xí)過程。受這一想法啟發(fā)，來自于麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的成員開發(fā)了可編程樂高套裝，隨后，樂高集團(tuán)將其商業(yè)化。
第一代樂高M(jìn)indstorms建筑套裝于1998年推出。樂高在2013年發(fā)布了產(chǎn)品的最新版本——EV3。通過重新設(shè)計(jì)，該公司旨在使這套玩具更加容易編程控制。事實(shí)上，一些玩家已經(jīng)設(shè)法繞過套裝自帶的控制器，用他們自己設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行替換。
借助他們處理液體的樂高機(jī)器人，Riedel-Kruse及其團(tuán)隊(duì)也許可以將Papert的愿景傳達(dá)到濕科學(xué)領(lǐng)域：讓學(xué)生通過搭積木和編程來學(xué)習(xí)化學(xué)和生物學(xué)。
