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輕鬆使用Android裝置控制樂高機器人:多點觸控

馥林文化_96
・2012/08/21 ・2658字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

文/曾吉弘(CAVE教育團隊

最近溫度屢破新高,還是做一台機器人幫您分勞解憂吧!本期CAVE的App Inventor機器人專欄延續了七月號的[單點觸控],但這次要請您使用左右手的姆指來控制樂高機器人,左手拇指控制機器人左側馬達正反轉動,右手就是右側馬達囉。本範例使用了兩個畫布Canvas元件,分別追蹤畫布上的觸控點的Y軸向變化量後轉換為馬達電力。因此相較於[單點觸控]還用到了atan、sin與cos等三角函數,本次的程式相較之下簡單多了。

圖1  使用左右手拇指在螢幕上滑動。

首先請把NXT機器人準備好,並將左側馬達接在NXT的輸出端B,右側則是輸出端C(註1)。請確認NXT主機的藍牙是啟動的,接著將NXT主機與Android手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了,啟動藍牙之後您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1  登入畫面:

首次進入程式的畫面如圖2a,這時觸控板被隱藏起來了,只有 [連線]按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選[連線]按鈕後進入藍牙裝置清單(圖2b),請找到剛剛配對完成的NXT主機名稱(本範例為abc),點選之後就會由Android裝置對NXT主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,就可以看到兩個黃色的觸控板出現了,還有可愛的CAVE小圖案(圖2c)。

圖2a(左)  程式首次執行的畫面

圖2b(中)  點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單

圖2c(右)  連線成功後出現觸控板

 

STEP2  程式初始化:

接著是在程式初始化(Screen1.Initialize事件)時,將NXTList清單指定為藍牙配對裝置清單(圖3a)。在連線之前之所以無法看到黃色觸控板,是因為我們先將它隱藏起來了,要等到連線成功之後(圖3b)才會顯示觸控板,原本無法按下的「停止」、「Orientation ON」以及「斷線」等按鈕這時也都可以操作了。

圖3a  指定藍牙配對裝置清單並隱藏觸控板。

圖3b  連線成功後開啟觸控板。

 

STEP3  根據方位感測器來旋轉CAVE小圖案:

本次程式多了一個附加功能,就是讓CAVE小圖案根據手機的指向來轉動,這是藉由擷取Android裝置上的方位感測器(Orientation sensor)的Z軸數值所完成的。只要方位感測器的值發生變化,azimuth這個變數就會自動更新,我們將它指定為CAVE小圖案的指向欄位就可以了(ImageSprite_L.Heading與ImageSprite_R.Heading)。

圖4  根據方位感測器值來改變小圖案指向。

 

STEP4  計算馬達電力:

我們使用了兩個Canvas,分別控制機器人的左右兩顆馬達。由於兩側的觸控程式概念是相同的,在此僅說明左側的Canvas_L.Dragged拖拉事件:

1.將Lpower設為(150-CurrentY) / 150,CurrentY就是觸控點的Y座標,Canvas的高度為300像素,這樣一來當手指頭在畫布中央時,Lpower為0,向上移動為正,向下則為負。接著將Lpower數值顯示在標籤LabelB上。

2.使用ImageSprite.MoveTo指令,將XY欄位指定為20與CurrentY-30,這樣就能用手指拉著可愛的CAVE小圖案走。CurrentY-30的原因是因為CAVE小圖案的尺寸為60 x 60,需要30像素的修正量。

注意:由於本範例只使用觸控點的Y軸向變化,因此將X欄位固定為20,即便您左右移動姆指,CAVE小圖案也不會移動。

3.最後將B馬達電力指定為Lpower變數值就可以了,這樣當我們在黃色觸控板上移動左手拇指時,B馬達就會轉動,向上移動為正轉,向下則為反轉,手指頭離螢幕中心愈遠轉愈快。

圖5a  左側Canvas.Dragged拖拉事件。

圖5b  右側Canvas.Dragged拖拉事件。

注意:在右側拖拉事件中我們多使用了一個ceiling四捨五入指令,將計算結果直接取整數。您可以從圖9a~圖9c中看到沒有使用ceiling指令的Lpower值是會有小數點的,Rpower則無小數點。

 

STEP5  /關方位感測器

覺得CAVE小圖案轉來轉去有點頭暈嗎?新增一個Button_Orientation按鈕來開/關方位感測器(OrientationSensor1.Enabled指令),一旦方位感測器被關閉之後,小圖案就會自動歸正(Heading欄位設為0)。請注意,在此我們只是設定方位感測器是否可用,您還是可以拉動CAVE小圖案來控制機器人。

圖6a  藉由Button_Orientation按鈕來開關方位感測器。

圖6b  方位感測器開,CAVE小圖案會根據手機指向而轉動。

圖6c  方位感測器關,CAVE小圖案自動歸正。

 

STEP6  按下停止按鈕:

按下[停止]按鈕之後,會執行三件事:1. 停下機器人;2. 將標籤數值歸零以及3. 使兩個CAVE小圖案歸位。

圖7  按下停止按鈕停下機器人並使ImageSprite歸位。

 

STEP7  斷線:

按下[斷線]按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使按鈕恢復到未連線時的狀態,黃色的觸控板也看不到了。這時候您可以再次發起連線。

圖8  按下[斷線]按鈕時中斷藍牙連線。

 

操作:

實際執行的時候,請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android裝置上點選程式畫面中的「連線」按鈕,會進到如圖2a的藍牙清單畫面,點選NXT主機名稱連線成功後就會出現兩個黃色觸控板。分別在畫面上移動左右拇指就會讓機器人動起來了,操作方式相當直覺,您一定會喜歡。從觸碰板下方的標籤看到左右馬達的電力值,範圍是-100~100之間。操作過程中您可以隨時點選Button_Orientation按鈕來開關方位感測器。

圖9a  兩個姆指同時往上,機器人前進(方位感測器關閉)。

圖9b  兩個姆指同時往下,機器人後退(方位感測器開啟)。

圖9c  兩個姆指左下右上,機器人原地右轉(方位感測器開啟)。

絕大部分的Android裝置都有多點觸碰的功能,因此我們特別以兩次專欄來介紹如何以單點與雙點來控制樂高機器人的動作。雙點觸控其實只取個別觸控點的Y軸變化,因此程式結構上是比較簡單的。本範例另外新增了方位感測器來使CAVE小圖案跟著手機指向旋轉,我們也可以使用Android手機上的感測器來控制機器人,請繼續注意CAVE的機器人專欄唷!

 

歡迎大家從這連結下載本程式來玩玩看

或掃描以下的QRCode也可以唷!更多有趣的機器人app請在Google Play搜尋「CAVE教育團隊」就找得到了。

註1:機器人運動方向有可能因為車頭指向而和程式設定相反,只要將左右馬達電線互換即可。

註2:將Android手機設定為可安裝非Market下載的程式以及讓手機與樂高NXT主機連線等說明請參考連結

註3: 與NXT連線後如果出現[Error 402]之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2012/9月號

 

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》