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《拼湊夢想》-水下機器人「臭小子」

二○○四年一場「全國水下機器人科學大賽」,讓《連線》科技雜誌特約編輯約書亞.戴維斯注意到四個高中生,奧斯卡、羅倫佐、路易士和克里斯強。他們來自亞利桑那州鳳凰城的貧民區,都是在墨西哥出生的非法移民,隨時有遭到遣返的可能。

這四個孩子就讀一所資金嚴重不足的公立高中,學校地處沙漠區,連海都沒看過的他們,卻將創意及想像力無限延伸,以一個水下機器人「臭小子」參加競賽,一舉打敗麻省理工學院頂尖菁英,奪得科學大賽冠軍。

本文摘錄自《拼湊夢想:貧民區高中生逆襲麻省理工學院菁英》,日月文化出版

開始打造水下機器人

奧斯卡、路易士、羅倫佐、亞倫、克里斯強、費迪與「臭小子」,於二○○四年合影(由左至右,照片由費迪提供)

奧斯卡帶著恐懼跟興奮交織的複雜情緒,回到水下機器人科學社團的小教室。在臨檢點經歷的焦慮不安已經平復,但是只要沒有綠卡,仍有隨時被逮捕的風險。他必須作出決定。若要參加全國水下遙控載具大賽,勢必得回到加州。如果他想參賽,就必須再冒險通過臨檢點一次。

奧斯卡很快作了一個決定。在初級預備役軍官訓練團的訓練裡,他無數次用繩索完成攀爬和垂降懸崖峭壁的訓練,已經學會不受恐懼控制。這次也是一樣。如果想成就一番大事,就必須把這些擔憂拋到腦後。現在有熱電偶、雷射測距儀,還有只有工程師才會愛上的嚇人黑色大鉗子。奧斯卡把這些設備,分別安裝在木製的模型上。

「我認為能裝得下所有設備。」奧斯卡說。

他暫時放下臨檢點這件事。

沒多久,克里斯強和羅倫佐也來到水下機器人科學社團的小教室,他們開始討論建造水下遙控載具的藍圖。費迪和亞倫知道,在前幾屆的比賽裡,有些參賽隊伍使用專業的機械金屬打造載具。一些大學有附設的金屬工作室,便於特別訂製任何所需零件。用機械金屬打造的載具,體積能更小,更堅實,執行水下探索任務時比較來去自如。但是卡爾海登高中的水下機器人科學社團買不起專業的機械金屬,也沒有自己的金屬工作室。就算有,也沒有人知道如何操作機具。

「我們可以用玻璃複合漂浮泡沫塑料(glass syntactic flotation foam),」克里斯強興奮地說:「壓縮力極高。專門用於潛水器。」

羅倫佐不太懂「潛水器」的意思。克里斯強顯然是有備而來。他特地去看詹姆斯.卡麥隆(James Cameron)執導的《無底洞》。這部片以紀錄片的方式,呈現卡麥隆下潛至一萬兩千英尺深海,探索沉沒海中的鐵達尼號之精采旅程。攝影團隊用來進入沉船殘骸的兩台水下遙控載具,就是以玻璃複合泡沫塑料製成。克里斯強邊看電影邊作筆記,然後再上網搜集更多資訊。

「是把玻璃微珠填充在環氧樹脂裡,以致在深潛的壓力中,外型不受擠壓變形,同時還提供浮力。」克里斯強說。

「天啊,老兄,你怎麼會知道這些?」羅倫佐說。

「那要花多少錢?」奧斯卡問道。

「大概要兩、三千美元的材料,才夠我們用。」克里斯強回答。

「不就是塑膠而已嘛,還要這麼貴?」羅倫佐直白地說。那的確是一大筆錢。

克里斯強試著把重點分離出來,找到最理想的可行方案。沒有資金購買這種材料是大伙兒心知肚明的事。他們的建造經費,湊一湊還不到一千美元。使用玻璃複合漂浮泡沫塑料的想法絕對不可行。

另一個選項是使用聚氯乙烯。這種材料是他們所熟悉的。數十年以來,移民勞工在全美多處農地裝置了聚氯乙烯製成的塑膠水管。從墨西哥和中美洲來的移工鋪設白色的塑膠水管,引水灌溉種植草莓和穀物的農田。塑膠水管不比金屬水管堅固,但是就像這些移工一樣,成本費用低廉,搬運組裝容易,而且還非常耐用。這樣的組合,奠定美國在農業產量上的強大地位,所以,用塑膠材質來建造水下遙控載具,好像也蠻順理成章。況且,他們也只買得起這種材料。

「臭小子」(照片由費迪提供)

「我們可以把電線放在水管裡,保持乾燥。而且水管裡面的空氣也會產生浮力。」羅倫佐說。

理論上,值得一試。路易士開車到家得寶賣場,花了二十美元,購買直徑三公分、型號為Schedule 40的水管。雖然是由聚氯乙烯組成,其屬性卻讓人為之驚豔:最高耐熱溫度可達一百四十度,能承受下潛兩百五十英尺的壓力。而比賽只需下潛十五英尺,算是綽綽有餘。

他們把總長十英尺的水管,攤放在水下機器人科學社團的小教室地板上,水管看起來好像多到用不完。「裡頭的空氣會很充足。」奧斯卡指出這一點。

克里斯強開始在紙上畫下水下遙控載具的設計草圖。正當其他人在研究他的設計圖時,克里斯強計算了水管內部的空氣容量,作出一個結論:「我們還需要用來保持平衡的壓載物。」

「你是說,重的東西?」羅倫佐問道。

「廢話,不然怎麼叫壓載物。」克里斯強略顯不耐地說。

最簡單的做法,就是把壓載物直接黏在框架上,以平衡浮具。但是壓載物會占空間,尤其已經有推進器、感測器,還有突出的大鉗子。這樣他們的機器人,就會變成一頭笨重的海底巨獸。更棘手的是,還得解決載具頂部繫纜過粗的問題。

「等一下,」克里斯強喊道,腦中有個構想成形:「不妨裝電池上去呢?」

這個構想很大膽。參賽隊伍多半不會考慮把供電設備放到水中。只要有一滴水滲入,就可能讓整個系統當機。可是,參賽的載具需具備通過狹窄通道的敏捷度;繫纜愈細,可能是一大有利條件。克里斯強提議,把電池安裝在防水且具一定重量的箱子裡,然後再把箱子置於載具底部,不僅有壓載物的作用,可保持行進中的平衡狀態。而且,內置電池的好處,就是減少供電失敗率;電纜拉得愈長,送達的電壓愈弱,假設電池就放在推進器旁邊,就不會發生電壓不足的問題,而且還免去安裝多條電纜的麻煩。

「你們覺得呢?」克里斯強詢問大家的意見。

「爛透了!」羅倫佐說。這是他表達內心讚美的說法。

奧斯卡有些擔憂:「可是,別人不這麼做,一定有它的理由。」

「要是我們不大膽嘗試不一樣的方法,一定會墊底,那些大學生都有參賽經驗,只有我們是菜鳥。」克里斯強沒好氣地回說。

「如果我們的水下遙控載具短路,那才絕對會墊底。」奧斯卡說。

「是沒錯,可是如果我們連做個防水的箱子都不會,憑什麼參加水下載具比賽啊。」克里斯強說。

「他說的有道理。」路易士突然補上一句。

大伙兒的眼光轉而望著路易士。他平靜地站在眾人身後。模樣像極了神聖的先知,正在開示他們這些凡夫俗子。

「那好吧,」奧斯卡說:「就把電池安裝在載具裡。」

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日月文化的外文名稱為希臘文Heliopolis,為古埃及時代位於尼羅河三角洲的大城,意指「太陽城」。「日」與「月」在我們文化中,更是天地之間的能量來源,常被用來比喻精華的所在。我們用像太陽般的熱力,不斷地鍛鍊精華,期許每一本日月文化出版的書,就是一顆蘊涵善念的種子,為社會播撒幸福最好的禮物。