我們和智能藥箱的“神秘”約會

鄒慧琦 林祉欣 韋伶逸

由柳州高級中學(xué)學(xué)生林祉欣、韋伶逸、鄒慧琦聯(lián)合研制的創(chuàng)客作品《顆粒類藥物智能服藥箱》（以下簡稱智能藥箱）在2015年全國通用技術(shù)年會上獲得創(chuàng)客項目一等獎，并獲2016年度廣西青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎。該智能藥箱主要是針對老齡化背景下吃藥人群的各方面問題而設(shè)計的，當(dāng)使用者設(shè)定好吃藥時間和每種藥物的顆粒數(shù)目之后，智能藥箱會在吃藥時間到來之時自動數(shù)出患者需要服用的不同種類藥片的顆粒數(shù)，并通過蜂鳴器來提醒患者按時服藥。透過學(xué)生研發(fā)該項目過程的種種經(jīng)歷，我們可以體會到通用技術(shù)創(chuàng)客課程對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的巨大作用。

緣起

鄒慧琦：我在瀏覽新聞時偶然看到一篇報道中有這樣一段文字：“據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2050年，中國將有35%的人口超過60歲，成為世界上老齡化最嚴(yán)重的國家……中國的老齡化擁有兩個世界第一：一是老齡人口數(shù)量世界第一，二是老齡化速度世界第一。的確，世界上還沒有任何一個國家，老齡化得像中國這么迅速?！弊x到這里，我的心有些發(fā)沉，我想到了我的爺爺奶奶和爸爸媽媽。人老了就會生病，生病了就要吃藥，老年人常常因為生活中各種各樣的事情而忘記了吃藥，比如因視力下降而看不清藥瓶上寫的服藥次數(shù)和顆粒數(shù)等。如果能設(shè)計一個智能藥箱幫助人們按時準(zhǔn)確地服藥該多好！當(dāng)我向我的同學(xué)說出我的想法時，很快就得到了林祉欣和韋伶逸的支持，于是我們決定組成一個團隊來研究這個項目。

團隊的力量

林祉欣：在我看來，智能藥箱真的是一個“異想天開”的作品，原本以為至少要到2020年藥箱這類產(chǎn)品才有可能出現(xiàn)真正的“智能”，萬萬沒料到我們這些高中生竟然能夠成為觸發(fā)它的第一代“工程師”。

起初我們只是抱著聊天的心態(tài)跟老師提出了自己的構(gòu)想。幾天后，老師就把我們召集到一起，說要make the dream come true。霎時間，我們?nèi)紘槾袅?。簡直不可思議，那時的我們還沒有真正意識到我們將成為一個研究團隊，并且以我們當(dāng)時的知識和見識，我們完全沒有辦法完成這樣一件作品。但是，既然老師認(rèn)為可行，我們也沒有拒絕。只是，我的腦海中很快便冒出了一個又一個問題：我們要準(zhǔn)備什么？怎么準(zhǔn)備？怎么做出這個藥箱？藥箱要怎樣才算是智能的？老師看到我們個個一臉“萌”態(tài)，便開始向我們發(fā)出各種各樣的指令。老師讓我們?nèi)フ{(diào)查中國老人的分布和發(fā)展趨勢，于是，我們就去網(wǎng)上查找資料；老師讓我們?nèi)フ{(diào)查老人的吃藥問題，于是，我們就去敬老院和醫(yī)院調(diào)查老人吃藥過程中出現(xiàn)的各種問題……我們一直處于“接受任務(wù)—完成任務(wù)”的被動“研發(fā)”狀態(tài)。漸漸地，身為組長的我開始意識到，這個項目的負責(zé)人是我們，而不是老師，老師不會代替我們來完成這項工作的，他們只是來幫助我們的。從那以后，我開始主動學(xué)習(xí)那些原來我未曾接觸過的知識，絞盡腦汁地去思考如何組織我們的項目活動并不斷完善我們的項目研究。

孤軍奮戰(zhàn)自然是行不通的。俗話說：三個臭皮匠，賽過諸葛亮。我開始頻繁地跟兩個伙伴溝通，慢慢引領(lǐng)她們走進并融入這個團隊，進而明確一個觀念：我們是一個研發(fā)團隊，我們才是這個項目的主人！

當(dāng)老師提議我們用這個項目來參加青少年科技創(chuàng)新大賽時，我們心里的弦繃得更緊了，對待項目研發(fā)的積極性開始飆升，同時也開始與同伴發(fā)生意見分歧，有時甚至是互不相讓的爭吵。每當(dāng)此時，老師都會站在我們身邊提醒我們：你們是一個團隊，要學(xué)會包容和理解。

是的，我們是一個團隊。最難忘的便是比賽前一天，我們又一起忙到了晚上11點多。然后，作為主辯的我，離開了團隊，一個人走進了比賽場地等評委，身邊全是各校精英。我不由得為自己捏出了一把冷汗。但是，想起我們這個團隊的諸多努力，我的心開始慢慢釋然：是的，我們努力了，盡力了！再后來，我開始與各校精英交流，了解到了更多的高科技產(chǎn)品，認(rèn)識了更多可愛的伙伴。

發(fā)力和借力

鄒慧琦、林祉欣、韋伶逸：當(dāng)我們想利用所學(xué)的CAD知識（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計，指利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作）繪制我們構(gòu)想中的裝置模型時，我們被一些操作方法難住了。因為不能熟練使用CAD，我們只能先放下模型繪制工作，轉(zhuǎn)而去摸索各種工具的使用，直至一個月后真正熟練掌握了CAD的繪圖方法。在從繪圖到實踐制作的過程中，我們反復(fù)修正了許多原本不是很清楚的思路。比如在繪制桃形齒輪時，我們事先并不知道要選擇多大的半徑以及如何控制才能確保頂住藥粒的凹形口與藥盒的桃形底部的尖口對齊，于是就嘗試多做了幾個樣式。然后我們來到學(xué)校的卡魅實驗室，利用激光切割機將我們所繪制的幾個樣式圖全部切割出來。聞著機器切割過程中散發(fā)出的木料的香氣，看到我們的努力終于變成了真實的模型，我們越來越有信心將那些阻礙我們的問題全部解決。激光切割機是用不可見的光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械刀，可自動排版，具有精度高、切割快速、不受切割圖案限制、切口平滑無需后續(xù)加工、節(jié)省材料等優(yōu)點，為我們開展制作工作提供了極大的便利。再后來，轉(zhuǎn)動的齒輪和藥箱外殼的制作，我們也是用激光切割機完成的。除此之外，我們需要制作的零件還有很多很多，比如裝藥物的藥盒、裝步進電機的盒子、帶動步進電機轉(zhuǎn)動的小齒輪等等。這時，學(xué)校先進的設(shè)備再一次給我們提供了幫助。

老師說，我們可以用3D打印機來制作剩下的這些部件。在老師的幫助下，我們很快便如魚得水地完成了所有部件的數(shù)字模型設(shè)計，接下來就可以去“見識”3D打印了。

第一次見到3D打印機，我們都懷著強烈的好奇心；等親眼見識它如何工作以后，我們才知道小小的一個模型也要經(jīng)過那么漫長的打印過程。3D打印機與普通打印機的工作原理基本相同，只是它們的打印材料有些不同：普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機里邊卻裝著ABS樹脂、PLA（聚乳酸）和PVA（聚乙烯醇）等不同的打印材料。因此，普通打印機打印出來的是平面圖形，而3D打印機打印出來的卻是實實在在的物品。不管是卡通人物模型還是建筑模型，只要我們能在計算機上將它的數(shù)字模型設(shè)計出來，3D打印機就能把它變成現(xiàn)實。比如我們制作藥盒用的是ABS樹脂材料，這是一種無毒的簡單材料，當(dāng)打印機與電腦連接后，通過電腦控制，打印出來的材料一層層疊加，最終便可以把我們在計算機上設(shè)計的藍圖變成實實在在的藥盒，而且制作出來的模型特別精美，可以完全“還原”我們的想象?？吹降谝患髌烦霈F(xiàn)時，我們簡直驚呆了。時代在不斷向前發(fā)展，我們身邊的高科技產(chǎn)品越來越多，3D打印機作為時代進步的標(biāo)志，使我們不必再依賴傳統(tǒng)的模式來手工制作各種部件。接下來，我們腦海中的那許多個小部件便在3D打印機的幫助下一個個順利誕生了。

這個項目中最難的部分，是程序的編寫和電路設(shè)計。我們求助于專業(yè)設(shè)計人員，并在老師的幫助下，一點一滴地完成了整個程序的設(shè)計。我們使用串口液晶屏幕控制程序、操作藥箱，因此可以說，串口液晶屏幕便是該藥箱的靈魂。我們將自己想象成需要這個智能藥箱幫助的健忘的老年人，然后從自身的需要出發(fā)來確定設(shè)計思路和整個設(shè)計程序，比如我們假設(shè)自己一天需要在不同時段吃幾次不同種類的藥，因此我們知道必須創(chuàng)設(shè)一種裝置來完成提醒功能，這便是蜂鳴器的由來：當(dāng)程序啟動，出藥裝置輸出藥物達到與設(shè)置的數(shù)量相符時，它就會自動響起。智能藥箱最大的特點是能準(zhǔn)確地數(shù)出藥物的顆粒數(shù)量，這時我們用上了物理課中學(xué)到的光電門，very easy！

收獲

林祉欣、鄒慧琦、韋伶逸：當(dāng)所需的部件都集齊后，我們開始組裝。想著幾個月來的努力即將變成現(xiàn)實，我們的心中滿滿的都是豐收的喜悅?，F(xiàn)代化的設(shè)備為我們在制作的路上掃除了許多阻礙，我們也要竭盡所能地做好我們能做的一切。當(dāng)藥箱拼裝完畢并測試成功時，我們仨是多么地興奮，心中滿滿的都是感激。感激幾個月來一直陪伴著我們的整個團隊：我們仨，給予我們耐心引導(dǎo)的老師，給予我們大力支持的家長，給予我們熱情鼓勵的同學(xué)……

這一天，我們帶著智能藥箱來到了南寧，準(zhǔn)備參加全區(qū)的創(chuàng)新大賽。比賽的前一天晚上，我們和老師聚在一起，不停地調(diào)試設(shè)備，并為彼此加油鼓勁。第二天，我們很早就來到了比賽場地——南寧科技館，細心地準(zhǔn)備并檢查每一個細節(jié)。南寧科技館是對外開放的，上午人潮如織，我們熱情、主動、仔細地為前來參觀的市民展示我們的智能藥箱，得到了來自市民和參賽師生的鼓勵。下午的答辯進展順利，盡管沒能獲得一等獎，但我們對自己的表現(xiàn)感到十分滿意。因為，重要的并不是我們得了幾等獎，而是我們在創(chuàng)造發(fā)明的過程中各方面的能力都得到了提升。

在參與這個項目之前，我（韋伶逸）的內(nèi)心曾經(jīng)有過這樣的顧慮：每天花費不少時間在這個項目上，會不會影響自己的學(xué)業(yè)成績呀？然而事實證明，我在參與這次創(chuàng)新項目的過程中，不僅學(xué)業(yè)沒受影響，反而學(xué)到了更多在書本里學(xué)不到的知識。有了這次的經(jīng)歷和體驗，我相信以后我會更加注重創(chuàng)造創(chuàng)新，為提升自己的科學(xué)素養(yǎng)而努力。

信息化、智能化時代正在高速來臨，我們這個小小發(fā)明雖然沒有耀眼的閃光點，但是也有它自身的魅力，至少可以幫助人們更好地生活。我們還會對它不斷改進，讓它變得更加便捷、實用，比如：通過wifi與手機app連接，讓設(shè)置和提醒更清晰更方便；內(nèi)設(shè)一些健康小常識，更加符合當(dāng)代人的需求；等等。

最后，我們想提醒同學(xué)們：智能科技離我們并不遠，它往往就是你腦海中閃現(xiàn)的那一瞬的“天馬行空”，抓住它，我們就能創(chuàng)造奇跡。讓我們關(guān)注智能，智慧生活！

（本文系編者依據(jù)三位同學(xué)各自的自述整理而成）（責(zé)編白聰敏）