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一步一步讓樂高機器人玩打鼓遊戲

馥林文化_96
・2013/12/17 ・2317字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

文/曾吉弘(CAVE教育團隊

本篇文章將使用三個樂高NXT 觸碰感測器來進行有趣的聲光效果,按下不同觸碰感測器就會讓手機畫面變色, 除此之外,當您點擊手機畫面時,機器人也會發出音效與您同樂。有接觸過App Inventor 的師長朋友們,歡迎從App Inventor 中文學習網下載原始碼回去加入更多有趣的功能。

觸碰感測器

樂高NXT 套件中的觸碰感測器前端有一個橘色按鍵,可藉此偵測是否撞到物體或被壓下。由於內部構造是一個開關(switch),所以只能判斷前端是否被壓下而無程度上的區別。對應的資料型別是布林(boolean)。在App Inventor 中, 我們使用NxtTouchSensor 元件的IsPressed 指令(圖1)來偵測觸碰感測器是否被壓下,如果被壓下則為true ,反之為false。

圖1 App Inventor 偵測觸碰感測器是否按下

開始玩機器人

今天的機器人有點不一樣,不需要馬達,請拿出三個觸碰感測器分別接在NXT 主機的輸入端1 到3 ,組裝好如圖2(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。

圖2 組裝好的樂高NXT 機器人。

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3a , 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3b),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,就可看到淺灰色的鼓面,且「連線」按鈕變成不可按的狀態,只有「斷線」按鈕可以按(圖3c)。

圖3a 程式首次執行的畫面。
圖3b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
圖3c 連線成功後才可看到鼓面。

STEP2 程式初始化:在點選連線清單之前(ListPicker Connect 的BeforePicking 事件),需先將清單內容指定為Android 裝置上的藍牙配對清單(圖4a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「斷線」按鈕設為不可點選、「斷線」按鈕設為可點選並顯示Canvas 畫布元件(圖4b)。

圖4a 指定藍牙配對裝置清單。
圖4b 連線成功後啟動相關元件。

STEP3 使用副程式管理觸碰感測器狀態:我們宣告了三個變數t1、t2 與t3 來儲存三個觸碰感測器的狀態(圖5a)。接著宣告一個名為checkTouch 的副程式來管理這三個變數,只要某個觸碰感測器被壓下,就會將對應的變數改為1 ,反之則為0 ,最後回傳這三個變數的加總值(圖5b),我們就是根據這個加總值來改變Canvas 畫布元件的背景顏色。

圖5a 三個用來儲存觸碰感測器狀態的變數。
圖5b checkTouch 副程式。

STEP4 改變Canvas背景顏色:為了讓程式能夠持續監控三個觸碰感測器的狀態, 我們使用了一個Clock 元件,並設定其計時器更新頻率為100 ,代表每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。在Clock.Timer 事件中, 藉由呼叫checkTouch 副程式並根據它的回傳值(0、1、2、3) 將Canvas 背景顏色改為淺灰色、綠色。這裡回傳的數值代表被按下的觸碰感測器數目, 也就是說當您壓下1 號與3 號觸碰感測器時,這時與您壓下2 號與3 號以及1 號與2 號的意義是相同的,都會使手機畫面變為青綠色( 圖6 中的Cyan)。同時我們也會把目前偵測到被壓下的觸碰感測器個數顯示在手機畫面上。

圖6 每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。

STEP5 點擊畫面播放讓機器人播放不同音效:當我們點擊Canvas 元件時, 會根據點擊位置讓機器人發出四種音效。Canvas 元件長寬各為320 像素, 所以我們取中點(160,160) 將畫面分成四等分( 圖7a), 點擊左上、右上、左下與右下時,會讓樂高NXT 機器人發出La、Sol、Mi 與Do 四種音效(圖7b、圖7c), 每次播放長度為0.3秒,這是藉由NxtDirectCommand 的PlayTone 指令所達成的。

圖7a Canvas 元件切成四等分。
圖7b 左上播放La 音, 頻率440/ 右下播放Do 音,頻率262 。
圖7c 右上播放Sol 音,頻率392/ 左下播放Mi 音,頻率330 。

 

STEP6 斷線:按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到程式一開始時的狀態(圖8)。

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 裝置上點選畫面中的「連線」按鈕,會進到藍牙清單畫面,點選您所要的NXT 主機名稱並連線成功後,就能按下觸碰感測器來控制手機畫面顏色,或者點擊手機畫面來控制機器人發出不同的音效(圖9a ∼ 9c)。

圖9a 按下任一個觸碰感測器,畫面為綠色。
圖9b 按下任兩個觸碰感測器,畫面為青綠色。
圖9c 按下所有的觸碰感測器,畫面為紅色。

 

歡迎大家由此連結或掃描以下的QRCode 來下載本程式:

本程式已上架Google play,請到Google Play 搜尋「CAVE 教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app 了。請在App Inventor 中文教學網上直接下載本範例的App Inventor 原始檔與apk 安裝檔。

註1: 想學如何開發App Inventor 程式嗎? 請到App Inventor 中文學習網(http://www.appinventor.tw)與我們一同學習。

註2: 將Android 手機設定為可安裝非Google Play 下載的程式以及讓手機與樂高NXT 主機連線等說明請參考:http://www.appinventor.tw/setup。

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2014/1月號

相關標籤: 樂高 機器人
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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_96
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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》