1.3 智能设备

1.3.1 科技与智能设备

在创客和企业的共同努力下，创客的发明使我们的世界正往“智能”的方向发展。很多之前没有“生命”的东西，似乎都被赋予了生机和活力。我们身边很多的物品已经能够根据人类的指示做出反应，或者在没有人力干预的情况下自动进行工作了。

比如我们在阴暗的路上走动的时候，灯会自动为我们而开；电脑能够通过键盘的输入和鼠标的指示，展示我们需要的东西；手机能够根据手指的滑动来展现我们想要使用的软件还有画面（见图1.13）；机器人管家能够听从我们的吩咐来整理房间（见图1.14）……

这些都是创客们创意的成果，我们在这里暂且把这些物体称为“智能设备”。钢铁侠的战甲也是智能设备，只是目前还没有人将具有同样功能又能贴身穿着的战甲制作出来。

想一想：小创客们，你们有什么想要自己制作的“智能设备”呢？

1.3.2 成为能够制作智能设备的小创客

想要成为“创客”，光有想法是不行的，我们必须知道怎么把想法变成现实。那么，我们怎么像前面所说的创客们一样，把我们想要做的“智能设备”做出来呢？首先，我们得明白智能设备的制作原理。

灯为什么会亮？火箭是怎么发射到太空又自己回来的？真的可以制造出跟钢铁侠一样能够根据我们的动作和语音命令进行改变的战甲吗？要找到这一个个问题的答案，我们必须知道智能设备都是怎么工作的。

1.3.3 智能设备的工作原理

智能设备，其实都是通过“输入——处理——输出”的原理来进行活动的。我们可以把这些有“意识”的物品，想象成一个个独立的人。

想象一下，我们“喝水”的动作是如何产生的呢？其中一种可能是，我们的眼睛看到了一杯水，并把这个“有水”的信息输入大脑，然后大脑在进行一系列的处理后，表示“想要喝水”，然后将“拿起那杯水，喝掉”的信息传达（输出）给我们的身体，我们就会做出“拿起那杯水，喝掉”的动作（见图1.15）。

智能设备也一样，比如机器人管家，它听到我们的声音或者看到我们的动作指令后，经过处理，向它的“身体”输出指令，完成我们的任务。比如，我们把“想要喝水”这个命令告诉机器人管家（输入），然后机器人管家的“大脑”处理我们的命令，产生“给主人拿水”的信息，并将这个信息输出给它的“身体”，然后它就会根据信息执行命令，将水拿给主人（见图1.16）。

我们是通过眼睛、耳朵或者其他身体感官感觉信息并通过神经向大脑传达信息的。那么，没有感官、神经的智能设备，又是怎样感知和传达信息的呢？

1.3.4 传感器

传感器（transducer/sensor，见图1.17）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息。这个概念看起来比较难懂，简单来说，传感器就相当于智能设备的感知器官，也就是我们的眼睛、耳朵、皮肤等身上能够感受到外界情况变化的器官。

传感器有很多种，温度传感器就像我们的皮肤，可以感知外部世界的温度，我们生病的时候，用来测量体温的电子温度计，就是使用温度传感器来进行温度检测的（见图1.18）。

压力传感器可以感受到物体受到的力的大小，我们称体重时用的电子秤（见图1.19）就是用压力传感器来测压力，得出体重的。

光能传感器可以感知光的强弱，就像我们的“眼睛”；而声音传感器可以感知周遭的声音，就像我们的“耳朵”。在走廊里，人一来就会亮的灯就是光能传感器和声音传感器结合的产物（见图1.20）。

夜晚，当有人经过时发出声音，声音传感器就会感受到，并使灯泡点亮。而白天光照充足时，即使发出很大的声音，灯泡也不会亮，则是光能传感器控制的结果。

1.3.5 控制器

我们刚刚认识到了智能设备感知外界的方式，现在，我们来说说智能设备的大脑。智能设备中的控制器（controller），就相当于我们的大脑，可以处理感官输入的信息。图1.21所示为Arduino控制器。但是，你要知道，机器远没有我们想象中那么聪明，所以，我们必须使用代码给控制器制定一些“规则”，帮助它们进行决策。

当传感器将信息输入控制器时，控制器根据我们所制定的规则进行决策，并将处理后的信息输出给连接的设备，设备通过收到的指令来进行相应的反应（见图1.22）。

1.3.6 3D打印——创客的好帮手

创客在制造东西的过程中，常常会遇到一些问题。比如：我画出了设计图，但是不能凭空把它给做出来，怎么办？我设计出来的东西是不是真的能够像想象中一样运作，怎么验证？制作这个东西需要一个小零件，但是这个规格的零件很不好买，怎么办？我制作出来的东西没有外壳的保护很容易坏，怎么办？我设计出来的东西不好看，怎么办？

种种问题，都可以通过3D打印机（见图1.23）来进行解决。什么是3D打印呢？3D打印区别于普通的在纸上打印图案的打印机，可以打印出一个立体的物品。我们将自己想要的东西通过3D建模软件画出来，把文件输入3D打印机，3D打印机就可以将我们需要的东西一层层地打印出来。有了3D打印机，我们在制作东西的过程中需要一个小零件，只要我们会用3D建模软件（如3D One，见图1.24）画画，就能相应地制作出这个小零件；需要一个漂亮的外壳，也可以制作出来。

一个东西，只要我们能画出来，我们就能将它做出来，这就是3D打印机赋予我们的强大能力。工程师们能用3D打印机打印需要的零件；设计师们能够用3D打印机打印出自己的作品；建筑师们能够用3D打印机打印建筑结构的模型来观察是否合理；也有很多人用3D打印机打印出了一些酷炫或者有趣的东西（见图1.25~图1.27）。

在接下来的课程中，我们将从3D打印开始学习，一步步进入“智能设备”的世界。