1.3 智能設備

1.3.1 科技與智能設備

在創(chuàng)客和企業(yè)的共同努力下，創(chuàng)客的發(fā)明使我們的世界正往“智能”的方向發(fā)展。很多之前沒有“生命”的東西，似乎都被賦予了生機和活力。我們身邊很多的物品已經能夠根據人類的指示做出反應，或者在沒有人力干預的情況下自動進行工作了。

比如我們在陰暗的路上走動的時候，燈會自動為我們而開；電腦能夠通過鍵盤的輸入和鼠標的指示，展示我們需要的東西；手機能夠根據手指的滑動來展現我們想要使用的軟件還有畫面（見圖1.13）；機器人管家能夠聽從我們的吩咐來整理房間（見圖1.14）……

這些都是創(chuàng)客們創(chuàng)意的成果，我們在這里暫且把這些物體稱為“智能設備”。鋼鐵俠的戰(zhàn)甲也是智能設備，只是目前還沒有人將具有同樣功能又能貼身穿著的戰(zhàn)甲制作出來。

想一想：小創(chuàng)客們，你們有什么想要自己制作的“智能設備”呢？

1.3.2 成為能夠制作智能設備的小創(chuàng)客

想要成為“創(chuàng)客”，光有想法是不行的，我們必須知道怎么把想法變成現實。那么，我們怎么像前面所說的創(chuàng)客們一樣，把我們想要做的“智能設備”做出來呢？首先，我們得明白智能設備的制作原理。

燈為什么會亮？火箭是怎么發(fā)射到太空又自己回來的？真的可以制造出跟鋼鐵俠一樣能夠根據我們的動作和語音命令進行改變的戰(zhàn)甲嗎？要找到這一個個問題的答案，我們必須知道智能設備都是怎么工作的。

1.3.3 智能設備的工作原理

智能設備，其實都是通過“輸入——處理——輸出”的原理來進行活動的。我們可以把這些有“意識”的物品，想象成一個個獨立的人。

想象一下，我們“喝水”的動作是如何產生的呢？其中一種可能是，我們的眼睛看到了一杯水，并把這個“有水”的信息輸入大腦，然后大腦在進行一系列的處理后，表示“想要喝水”，然后將“拿起那杯水，喝掉”的信息傳達（輸出）給我們的身體，我們就會做出“拿起那杯水，喝掉”的動作（見圖1.15）。

智能設備也一樣，比如機器人管家，它聽到我們的聲音或者看到我們的動作指令后，經過處理，向它的“身體”輸出指令，完成我們的任務。比如，我們把“想要喝水”這個命令告訴機器人管家（輸入），然后機器人管家的“大腦”處理我們的命令，產生“給主人拿水”的信息，并將這個信息輸出給它的“身體”，然后它就會根據信息執(zhí)行命令，將水拿給主人（見圖1.16）。

我們是通過眼睛、耳朵或者其他身體感官感覺信息并通過神經向大腦傳達信息的。那么，沒有感官、神經的智能設備，又是怎樣感知和傳達信息的呢？

1.3.4 傳感器

傳感器（transducer/sensor，見圖1.17）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息。這個概念看起來比較難懂，簡單來說，傳感器就相當于智能設備的感知器官，也就是我們的眼睛、耳朵、皮膚等身上能夠感受到外界情況變化的器官。

傳感器有很多種，溫度傳感器就像我們的皮膚，可以感知外部世界的溫度，我們生病的時候，用來測量體溫的電子溫度計，就是使用溫度傳感器來進行溫度檢測的（見圖1.18）。

壓力傳感器可以感受到物體受到的力的大小，我們稱體重時用的電子秤（見圖1.19）就是用壓力傳感器來測壓力，得出體重的。

光能傳感器可以感知光的強弱，就像我們的“眼睛”；而聲音傳感器可以感知周遭的聲音，就像我們的“耳朵”。在走廊里，人一來就會亮的燈就是光能傳感器和聲音傳感器結合的產物（見圖1.20）。

夜晚，當有人經過時發(fā)出聲音，聲音傳感器就會感受到，并使燈泡點亮。而白天光照充足時，即使發(fā)出很大的聲音，燈泡也不會亮，則是光能傳感器控制的結果。

1.3.5 控制器

我們剛剛認識到了智能設備感知外界的方式，現在，我們來說說智能設備的大腦。智能設備中的控制器（controller），就相當于我們的大腦，可以處理感官輸入的信息。圖1.21所示為Arduino控制器。但是，你要知道，機器遠沒有我們想象中那么聰明，所以，我們必須使用代碼給控制器制定一些“規(guī)則”，幫助它們進行決策。

當傳感器將信息輸入控制器時，控制器根據我們所制定的規(guī)則進行決策，并將處理后的信息輸出給連接的設備，設備通過收到的指令來進行相應的反應（見圖1.22）。

1.3.6 3D打印——創(chuàng)客的好幫手

創(chuàng)客在制造東西的過程中，常常會遇到一些問題。比如：我畫出了設計圖，但是不能憑空把它給做出來，怎么辦？我設計出來的東西是不是真的能夠像想象中一樣運作，怎么驗證？制作這個東西需要一個小零件，但是這個規(guī)格的零件很不好買，怎么辦？我制作出來的東西沒有外殼的保護很容易壞，怎么辦？我設計出來的東西不好看，怎么辦？

種種問題，都可以通過3D打印機（見圖1.23）來進行解決。什么是3D打印呢？3D打印區(qū)別于普通的在紙上打印圖案的打印機，可以打印出一個立體的物品。我們將自己想要的東西通過3D建模軟件畫出來，把文件輸入3D打印機，3D打印機就可以將我們需要的東西一層層地打印出來。有了3D打印機，我們在制作東西的過程中需要一個小零件，只要我們會用3D建模軟件（如3D One，見圖1.24）畫畫，就能相應地制作出這個小零件；需要一個漂亮的外殼，也可以制作出來。

一個東西，只要我們能畫出來，我們就能將它做出來，這就是3D打印機賦予我們的強大能力。工程師們能用3D打印機打印需要的零件；設計師們能夠用3D打印機打印出自己的作品；建筑師們能夠用3D打印機打印建筑結構的模型來觀察是否合理；也有很多人用3D打印機打印出了一些酷炫或者有趣的東西（見圖1.25~圖1.27）。

在接下來的課程中，我們將從3D打印開始學習，一步步進入“智能設備”的世界。