鲤谱Liquid：水质监测与垃圾收集仿生鱼
作者：蒙乐伊 学校：苏州工业园区景城学校
1.发现问题
生活中我留意到，不少小区的景观水池、社区公共水池维护十分困难。水池长期缺少打理，水面经常堆积落叶、漂浮杂物，时间一长，水体发黑发臭。居民路过水池常常要捂住鼻子，小朋友也不敢靠近池边游玩。
想要清理水池，大多依靠物业工作人员人工下水打捞。水下作业不仅耗费大量人力，还存在滑倒、溺水等安全隐患。人工打捞很难做到高频次维护，水池的水质也没办法随时掌握，往往等到水体明显发臭之后才会开展清理工作。
现有的水池清理设备大多结构笨重，外形生硬，工作的时候容易惊扰水里的小动物，也缺少一体化的水质检测、垃圾识别收集功能。我就在思考：能不能设计一款仿生机器人，模拟鱼类在水中游动，代替工作人员下水，既可以自动识别、收集水面垃圾，又能够实时监测水池水质，减轻人工清理的负担，守护社区水池水体干净。基于这个想法，我构思制作了鲤谱Liquid水质监测与垃圾收集仿生鱼。
2.设计与制作
为了解决社区水池清理难、水质难监测的问题，我设计了仿生鱼机器人鲤谱Liquid。它模仿鲤鱼外形，可以在水中游动，集成水质检测、垃圾智能识别、垃圾抽吸过滤、手机蓝牙控制等功能，能够替代人工下水完成水池维护工作。
作品搭载了三套核心硬件模块。第一套是TDS水质传感器与水温传感器，可以实时采集水体数据，获取水质、温度信息；第二套为K210摄像头，依靠图像识别算法，智能搜寻水面漂浮垃圾；第三套是鱼嘴位置的水泵抽取过滤系统，识别到垃圾之后，水泵启动，将水面漂浮物吸入机身内部完成过滤收纳。
游动动力来自两台电机带动螺旋桨，仿照鲤鱼尾部摆动实现前进、后退、转向。整体外壳采用鲤鱼流线仿生造型，降低水中游动阻力，同时减少对水生生物的惊扰。设备使用两块锂电池供电，整机做防水处理，保障整套装置可以在水下稳定运行。
除了硬件搭建，我还配套开发了专属鲤谱手机APP。设备通过蓝牙和手机建立连接，手机端可以实时读取水质、温度监测数据。APP控制面板设置前进、后退、左转、右转手动操控按键，可以人为操控仿生鱼游动；同时配有过滤系统开关，手动控制水泵抽吸垃圾。
作品还设计了智能巡游模式。开启该模式后，仿生鱼自主在水池中游动，摄像头持续识别水面垃圾。一旦识别出漂浮垃圾，机器人会自动调整航向靠近目标，启动水泵收集垃圾，同时，手机APP推送“发现垃圾啦”提醒，同步上报垃圾所在坐标，方便管理人员掌握垃圾分布位置。
图 1 仿生鱼硬件实物图
图 2 作品水下测试图
图 3 鲤谱Liquid手机APP界面图
在制作调试过程中，我遇到了不少难题。一开始防水处理不到位，下水测试出现进水问题；摄像头识别垃圾时，容易把水面光影误判成垃圾；蓝牙通信距离有限，水池稍大就会出现信号不稳。我反复查阅资料，请教科技老师，多次修改密封结构，调试图像识别模型参数，优化蓝牙天线布置。经过一次次测试修改，我逐步解决了上述问题，让仿生鱼可以稳定完成各项任务。
3.小结与展望
我的仿生鱼主要面向小区物业、公园管理方使用，适用场景包含社区景观水池、公园小型人工湖等。它可以让工作人员不用下水，在岸边依靠手机就完成垃圾清理、水质监测工作，规避水下作业风险，维护水池水质洁净，让居民可以拥有干净美观的水景环境，小朋友也能够安心在池边活动。
这次发明实践，让我体会到科技来源于生活，生活里真实的难题就是创新的出发点。调试硬件、编写程序、打磨结构的过程充满挫折，但每解决一个问题，都会收获满满的成就感。我希望后续可以继续优化这个作品：进一步延长续航时间，提升垃圾识别准确率，优化过滤仓容积。期待未来有更多水池可以受益于这样的小发明，用少年科技创新，守护家门口的碧水清波。
责任编辑：李银慧
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