世界奧林匹克機械人競賽 (WRO) 是一個全球性的比賽，旨在以趣味十足的方式幫助年輕人發展創造力和解決問題的能力。比賽分為不同的組別，適合 8 至 19 歲的學生參加。WRO 是一個非營利組織，其使命是促進 STEM 教育中的機器人技術。自 2004 年在新加坡首次舉辦以來，WRO 吸引了來自 85 個以上國家/地區的 28,000 多支隊伍參加。每年，WRO 比賽都會根據不同的主題，例如「Food Matters」、「Smart Cities」和「Connecting the World」等，設計不同的挑戰項目，鼓勵學生運用 STEM 知識，發揮創意和團隊合作精神，設計和搭建機器人來解決問題。
本文將深入探討歷屆 WRO 的獲獎作品，分析它們的創新亮點和實現過程，希望能激發讀者，尤其是香港的年輕人，對機器人設計和編程的興趣，並從中學習寶貴的經驗和技巧。
WRO 比賽簡介
WRO 的宗旨是將來自世界各地的年輕人聚集在一起，通過具有挑戰性和教育意義的機器人競賽和活動，發展他們的創造力、設計和解決問題的能力。WRO 比賽不僅是機器人技術的競技場，更是培養學生綜合能力的平台。
WRO 比賽規則：
- 參賽隊伍由 2 至 3 名學生組成，並由一名教練指導。
- 每支隊伍每個賽季只能參加一個類別的比賽。
- 年齡組別按參賽學生在比賽當年曆年的最高年齡計算。
- 國際 WRO® 賽事教練的最低年齡為 18 歲。
WRO 的指導原則和道德規範：
WRO 鼓勵團隊學習和掌握新技能，但也強調公平競爭和互相尊重。所有參賽隊伍和教練都應遵守 WRO 的道德規範，例如：
- 團隊合作和互相幫助
- 尊重比賽規則和評委的決定
- 誠實和公平競爭
- 分享知識和經驗
WRO 比賽類別：
WRO 比賽共分為四大類別：
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類別 |
年齡組別 |
硬件限制 |
軟件限制 |
機器人尺寸限制 |
特點 |
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任務賽 (RoboMission) |
小學 (8-12 歲) 初中 (11-15 歲) 高中 (14-19 歲) |
僅限 LEGO® + HiTechnic 顏色傳感器 |
自由選擇 |
最大 25 x 25 x 25 厘米 |
需根據比賽當天公佈的意外規則調整策略，並在現場組裝機器人 |
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未來新創家 (Future Innovators) |
小學 (8-12 歲) 初中 (11-15 歲) 高中 (14-19 歲) |
LEGO® 控制 + 其他材料無限制 |
自由選擇 |
展位 2 x 2 x 2 米 |
需針對現實問題設計機器人解決方案，並在比賽當天向評委展示 |
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運動賽 (RoboSports) |
11-19 歲 |
僅限 LEGO® + 攝像頭模塊 |
自由選擇 |
兩個機器人，每個最大 20 x 20 x 20 厘米 |
模擬體育競技，例如機器人足球或網球，需在比賽當天組裝機器人 |
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未來工程師 (Future Engineers) |
14-19 歲 |
材料無限制 |
自由選擇 |
最大 30 x 20 x 30 厘米 |
需設計和開發自動駕駛機器人，並在模擬的城市環境中完成挑戰 |
歷屆 WRO 獲獎作品賞析
以下將精選歷屆 WRO 獲獎作品，並探討其設計理念、技術細節和應用場景：
2022 年：智能湯匙
在 2022 年德國多蒙特舉行的 WRO 國際賽中，來自印度班加羅爾的 RoboLectro Kinesist 團隊憑藉「智能湯匙」項目，贏得了未來新創家 (Future Innovators) 高級組的金牌。該團隊由三位 14 至 16 歲的學生組成，他們設計和開發了一款智能湯匙，幫助柏金遜症患者進食，解決了老年人群體生活中的一個實際問題。
這款智能湯匙利用了加速度計、陀螺儀和微控制器等技術，可以檢測和抵消手部的震顫，使柏金遜症患者能夠更輕鬆地將食物送入口中。該團隊還為智能湯匙設計了一個商業模式，希望將其推向市場，造福全球的柏金遜症患者。
創新亮點：
- 關注老年人需求： 團隊關注柏金遜症患者的日常生活需求，並提出了一個具有社會價值的解決方案。
- 技術與設計的結合： 團隊將感測器技術、機械結構和人體工程學設計相結合，打造出一款實用且易於使用的智能湯匙。
- 商業模式： 團隊不僅開發了原型，還考慮了產品的商業化，展現了他們的創業思維。
學習重點：
- 感測器應用： 團隊巧妙地應用了加速度計和陀螺儀來檢測手部震顫，並利用微控制器進行實時數據處理和控制。
- 3D 打印技術： 團隊使用了 3D 打印技術來製作智能湯匙的原型，這是一種快速原型製作的有效方法。
2021 年：太陽能充電機器人
在 2021 年，由於 COVID-19 疫情的影響，WRO 國際賽決賽改為線上舉行。來自印尼的 SWA 團隊憑藉「Sun Droid」項目，贏得了公開賽 (Open Category) 的第三名。該團隊設計了一個太陽能充電機器人，旨在解決使用可再生能源所帶來的挑戰。
Sun Droid 主要由三部分組成：太陽能追蹤器、混合電池系統和無線傳輸系統。太陽能追蹤器可以追蹤太陽的軌跡，並相應地產生能量；混合電池系統用於能量輸入和輸出；無線傳輸系統則可以在停車場為電動汽車充電。
創新亮點：
- 可再生能源應用： 團隊關注可再生能源的應用，並提出了一個解決電動汽車充電問題的方案。
- 多功能設計： Sun Droid 不僅可以追蹤太陽能，還可以儲存和傳輸能量，功能多樣。
- 環保意識： 團隊的設計理念體現了對環境保護的重視，符合可持續發展的趨勢。
學習重點：
- 太陽能追蹤技術： 團隊研究了太陽能追蹤技術，並將其應用到 Sun Droid 的設計中，提高了太陽能的利用效率。
- 混合電池系統： 團隊設計了一個混合電池系統，可以結合太陽能和其他能源，確保 Sun Droid 的穩定運行。
2020 年：WRO 2020-X 獲獎作品
雖然 2020 年的 WRO 國際賽因疫情取消，但加拿大舉辦了替代線上賽事 WRO 2020-X，並頒發了多個獎項，例如：
- Rio Tinto 創新獎： 頒發給在解決 Surprise 挑戰中展現出創新解決方案的團隊。印尼的 Garuda 團隊憑藉其創新設計贏得了此獎項。
- LEGO Education 創意獎： 頒發給在公開賽中展現出機器人解決方案創意的團隊。越南的 GREENTOPIA 團隊憑藉其「移動電池交換系統」贏得了此獎項。
- Juniper Networks 女孩 STEM 獎： 旨在鼓勵更多女孩參與 STEM 領域，並頒發給在比賽中表現出色的女子團隊。新加坡的 Clutch 團隊獲得了此獎項。
2019 年：視障人士導航機器人
在 2019 年匈牙利焦爾舉行的 WRO 國際賽中，來自菲律賓的 DYCI Junior Primes 團隊憑藉「VISION」項目，贏得了小學組公開賽 (Open Category) 的金牌。該團隊設計了一個視障人士導航機器人，旨在幫助視障學生在城市中導航。
VISION 結合了盲文系統和小型機器人，可以引導視障學生前往目的地，並幫助他們搬運書包等物品。該團隊希望通過這個項目，促進智慧城市教育和治理，讓視障人士也能夠平等地參與社會生活。
創新亮點：
- 人文關懷： 團隊關注視障人士的出行需求，並提出了一個充滿人文關懷的解決方案。
- 科技改善生活： 團隊利用機器人技術，幫助視障人士克服生活中的障礙，提高他們的生活品質。
- 推動社會共融： 該項目旨在促進社會共融，讓視障人士也能夠享受到智慧城市帶來的便利。
學習重點：
- 盲文系統整合： 團隊將盲文系統整合到機器人中，使視障學生能夠通過觸摸來獲取信息。
- 多感測器融合： 團隊使用了多個傳感器，例如超聲波傳感器和紅外傳感器，來幫助機器人避開障礙物。
2018 年：士多啤梨採摘機器人
在 2018 年泰國清邁舉行的 WRO 國際賽中，來自俄羅斯的 ITMO 團隊憑藉「Strawberry Fields」項目，贏得了高中組公開賽 (Open Category) 的金牌。該團隊設計了一個士多啤梨採摘機器人，可以自動識別和採摘成熟的士多啤梨。
這個機器人利用了攝像頭、神經網絡和四軸飛行器等技術，可以精確地定位士多啤梨，判斷其成熟度，並將採摘好的士多啤梨通過四軸飛行器送到消費者手中。該項目展現了機器人技術在農業领域的應用潛力。
創新亮點：
- 跨學科應用： 團隊將機器人技術、人工智能和農業知識相結合，設計出一個具有實際應用價值的項目。
- 提高效率： 士多啤梨採摘機器人可以自動完成採摘工作，提高了農業生產效率。
- 軟性機器人技術： 團隊使用了軟性機器人技術，可以更輕柔地採摘士多啤梨，避免損壞果實。
學習重點：
- 圖像識別： 團隊使用了圖像識別技術來識別士多啤梨，並判斷其成熟度。
- 神經網絡： 團隊使用神經網絡來訓練機器人，使其能夠更準確地識別士多啤梨。
- 無人機應用： 團隊將無人機應用到士多啤梨採摘中，實現了自動化運輸。
更多歷屆 WRO 獲獎作品
除了以上介紹的獲獎作品外，歷屆 WRO 比賽還有許多其他優秀的項目，例如：
- 2017 年：Project Silid Aralan：來自菲律賓的隊伍設計了一個模擬課堂的項目，旨在幫助學生更好地學習 STEM 知識。
- 2016 年：Athletico：來自印度的隊伍設計了一個機器人足球隊，並在 WRO 足球賽中獲得了第一名。
香港的 WRO 發展
香港自 2004 年起每年都會舉辦 WRO 選拔賽，選拔優秀隊伍代表香港參加 WRO 國際賽。香港的 WRO 比賽由WRO香港籌委會主辦，並得到香港教育局和多家科技公司的支持。
香港的 WRO 比賽分為任務賽、未來新創家、運動賽和未來工程師四大類別，並根據年齡分為小學、初中和高中組。比賽旨在培養學生的 STEM 知識、創造力、解難能力和團隊合作精神。
近年來，香港學生在 WRO 國際賽中取得了不俗的成績，例如在 2019 年的 WRO 國際賽中，香港隊伍在足球賽項目中獲得了冠軍。這些成績證明了香港在機器人教育方面取得的進步，也鼓勵著更多香港學生參與 WRO 比賽，與世界各地的機器人技術精英交流學習。
WRO 的教育意義
WRO 比賽不僅僅是關於機器人技術的競賽，它更是一個培養學生綜合能力的平台。通過參與 WRO 比賽，學生可以：
- 發展創造力和解難能力： WRO 比賽的挑戰項目鼓勵學生發揮創意，尋找解決問題的方案，並通過設計和搭建機器人來實現他們的想法。
- 學習 STEM 知識： WRO 比賽涉及到科學、技術、工程和數學等多個學科的知識，學生在參與比賽的過程中可以學習到這些知識，並將其應用到實踐中。
- 培養團隊合作精神： WRO 比賽是一個團隊合作的項目，學生需要學會與隊友溝通協作，共同完成任務。
- 提升 21 世紀技能： 除了 STEM 知識外，WRO 比賽還可以培養學生的溝通能力、批判性思維、項目管理和時間管理等 21 世紀技能。
總結與展望
WRO 比賽是一個充滿挑戰和樂趣的平台，它不僅可以激發學生的創造力和解難能力，還可以培養他們的 STEM 知識和團隊合作精神。通過參與 WRO 比賽，學生可以學習到機器人設計、編程、測試和調試等方面的知識和技能，並將這些知識應用到解決現實世界中的問題。
從歷屆 WRO 獲獎作品中，我們可以看到年輕人如何運用創意和技術，解決生活中的問題，例如幫助柏金遜症患者進食、利用太陽能為電動汽車充電、為視障人士提供導航服務等。這些作品不僅展現了年輕人的創造力和技術能力，也體現了他們對社會的責任感和對科技改善生活的熱情。
香港學生在 WRO 國際賽中取得的成績，證明了香港在機器人教育方面取得的進步。希望未來有更多香港學生參與 WRO 比賽，在這個國際舞台上展現他們的才華和創意。香港也應繼續加強機器人教育的投入，為年輕人提供更多學習和實踐的機會，培養更多未來的科技人才。
