破解消杀难题，济南俩中学生获奖了
◎山东商报·速豹新闻网记者 张雯雯 王思羽
2020年初新冠肺炎疫情暴发时，看到日夜冒着生命危险，奋战在防疫一线的医护人员，山东省实验中学的刘至理、谢天佑就在思考自己能够为其做点什么，贡献一份力量。他们在实地调研中发现了医院防疫消杀难题，经历近两年的科研探索，完成的科研项目解决了医院多机器人协同消杀难题。12月12日，在第十四届丘成桐中学科学奖中，两人的创新项目拿下了大赛银奖。
刘至理（女）、谢天佑（男）在实验室讨论问题
优化机器人破解消杀难题
“新冠肺炎疫情暴发时，很多医护人员义无反顾前往抗疫一线，甚至为此付出了生命。而我的妈妈就是在医院工作，通过她的讲述，我更加了解到医护人员的辛苦与不易。”山东省实验中学高三26班的谢天佑告诉山东商报·速豹新闻网记者，从那时起，自己便在思考能够为医院防疫工作做些什么。谢天佑的想法得到了同班同学刘至理的认可，两人一拍即合，从高一开始，展开了近两年的漫长科研探索。
初期，谢天佑和刘至理走进齐鲁医院进行背景调研，一边采集信息、整理资料，一边留心医院存在的防疫困难。谢天佑和刘至理注意到，医院的防疫消杀工作主要依靠人力来完成，或者是采用人机交互的方式，不仅效率低下，而且医护人员被感染的几率也很大。如何更好地保护医护人员、提高消杀效率？
高二的编程课程为两人打开了问题破解的思路，谢天佑和刘至理开始把眼光放到机器人上，着眼于对消杀机器人作业的优化设计。谢天佑说，虽然当时齐鲁医院也有消杀机器人，但只有1台，难以应用多台机器人协同消杀，而且机器人的灵活性并不高，尤其在躲避障碍物方面存在很大不足。因此两人致力于对机器人的优化调度和路径规划方面，让消杀机器人不仅可以完成自动避障，还能够实现优化调度，让多个机器人同时进行消杀时能够选择最优路径，保证用电量更少、效率更高。“根据各自擅长的领域，我们进行了明确的分工，除了在不同算法上的分工外，在后期比赛中，刘至理还负责对论文的修改完善，我则是丘成桐决赛时回答评委问题的主力。”谢天佑说。
每个环节都是挑战
虽然有了解题思路，但对于初次接触编程和论文写作的两位中学生来说，每一个环节都是挑战。
谢天佑和刘至理关于计算机的学习基础主要是高二学习的《计算机科学》，课上的练习并没有那么复杂，而如何准确给每个机器人分配好任务、实现高效率消杀作业所需要的算法远比课堂中复杂得多。“有时候一个参数的调整就会影响到整个程序，机器人可能就不动了，或者出现其他障碍。”刘至理表示，为此两人只能利用晚自习和周末时间，在课堂初学的基础上进行大量的自学与拓展。阅读书籍资料，从网上寻找课程进行学习，刘至理还花费了一个月的时间学习需要用到的软件。谢天佑开玩笑说：“遇到困难随时上网查，这个过程感觉就像是‘面向浏览器编程’。”
当程序基本建立完成后，论文的写作则是两人遇到的另一大难题了。刘至理说，因为之前从未接触过论文，只能一边学习一边进行撰写。“去年七八月开始进行论文的写作，整个论文直到今年五六月才完成。”而更困难的其实是英文论文的写作，决赛要求提交一份英文论文，另外还要准备英文PPT现场进行全英文答辩。由于涉及到很多专有名词，为了确保翻译的准确性，两人选择通过在相关文献中搜索关键词的方式，查看该关键词是否为大多数学者使用，再确定关键词是否适用于自己的论文。“几乎每隔两行就会碰到一个专业名词，整个翻译的过程很费工夫，那段时间每天都要弄到十一二点。”
为了在比赛时有一个良好的呈现，谢天佑和刘至理对着PPT练习了二十多遍，并请老师作为评委进行模拟提问。
攻关克难收获成功
经历了近两年的探索，谢天佑和刘至理合作完成的《隔离病区多消杀机器人作业优化调度与路径规划》科研项目成功进入第十四届丘成桐中学科学奖半决赛，晋级决赛，他们聚焦疫情，创新解决了医院多机器人协同消杀难题，以专项赛第二名的成绩取得了大赛银奖。
谢天佑告诉山东商报·速豹新闻网记者，自己在整个科研的过程中得到了很大的锻炼，尤其在编程和写论文方面有了极大地提升。刘至理说，在科研中，可以参考的资料并不是很多，这使得自己的自主学习能力大大提升。虽然今后想学习数学专业，但也会选择数学计算机等相关的研究方向或双专业。
学校科研竞赛教练石磊表示，这次学生们解决问题所运用的两种算法对于高中生来说，具有较高的难度。“他们需要越过高中的教学体系去学习大学里先进的科研技术手段，再运用到自己的问题上，以求得到一个好的结果。”石磊评价说，学生们热爱生活、勇于探索，善于发现问题、解决问题，发展后劲十足。而学校也本着为学生创造主动发展的无限空间的理念，尽可能为学生提供平台，建立人工智能实验室、优秀教师团队提供专业指导、积极联络大学实验室等，助力学生发展。
据了解，丘成桐中学科学奖由国际知名数学家丘成桐先生于2008年为全球华人中学生设立，是能体现国内外中学生科研创新能力的最高奖项之一。迄今为止，山东省实验中学已组织学生参加过五届丘成桐中学科学奖，取得了1金、1银、2铜、1次优胜奖的优异成绩。
