【拓可思】智慧校園教學方案 – 超級AI坦克大戰

參賽團隊名稱：拓可思

在這個K-12智慧校園為主題的專案裡，主要對象為國中階段的學生。目的在以班級為單位的坦克大戰遊戲裡面，以淺顯易懂並且遊戲化的方式來激發學生的興趣與想像力，培養邏輯與運算思維的素養。

解決方案與軟硬體前置設定

使用的軟硬體如下:
• 硬體載具: 拓可思BeeCar智慧小車+履帶坦克改裝套件
• Intel工業電腦進行邊緣運算
• 坦克砲台: 可以調整上下左右角度的砲台座
• 陣地: 砲台座上面安裝震動感應裝置
• 雷達: Kinect攝像頭，連接電腦作為接收每一個像素的X(Vertical), Y(Horizontal), D(Depth)數值
• 指揮官面板: 可透過面板初始頁控制坦克方向之外，控制板頁面可調整設定砲台的仰角、水平旋轉、以及發射力道，同時透過多次嘗試可以進行機器學習的模型訓練，成為AI的基礎體驗。

本課程在於接續BeeCar基礎的機器車教學之後，同學對於程式的邏輯具備一定的流程設定先備觀念下，可選擇使用拓可思所開發的TarkusVP，或是使用開源軟體Arduino進行設定，流程簡單，並且拓可思的套件相容於Arduino IDE並且針腳定義公開在網路上可供查閱。

技術架構及執行方法

設定好機器控制介面後，即將進入AI機器學習的體驗課程，主要分為兩個區塊：(1) 單人模式；(2) 多人遊戲模式。單人模式中主要在輸入各式坦克的數據輸入，建立屬於自己的標記數據資料，透過Kinect彈道偵測結果比對作為輸出結果，理想的輸出結果目標為在Kinect中偵測到飛彈擊中標靶位置座標。而多人遊戲則是在訓練好模型之後，分別進行機器學習推論，玩家可以依照機器學習推論結果來決定下一次發射的參數設定，當然也可以手動調整自己想要的發射參數數據。

階段一  單人模式遊戲

階段一的單人模式中主要在輸入各式坦克的數據輸入，建立屬於自己的標記數據資料，透過Kinect彈道偵測結果比對作為輸出結果，理想的輸出結果目標為在Kinect中偵測到飛彈擊中標靶位置座標，同時也容許使用預訓練好的模型來進行進一步優化，可節省試錯的時間。

階段二  多人模式遊戲

階段二多人遊戲則是在訓練好模型之後，分別使用各自完成的機器學習推論比賽，玩家可以依照機器學習推論結果來決定下一次發射的參數設定，當然也可以手動調整自己想要的發射參數數據。

在使用學校的教學平板上，透過APP的下載，我們可以看到如下方的平板介面，其中包含了調整細節：
1.透過WiFi設定平板，確認已連到邊緣運算電腦所在的WiFi網域中。
2.ESP32回傳初步影像，藉以調整車身進行初始對位，確認坦克砲口前方是對準靶材的位置
3.先按一下”Read from Kinect”按鈕，按下後訊息欄會回傳Kinect所偵測的靶材與坦克的位置(X/Y/D座標)做為發射砲彈前的參考依據。
4.這個時候AI會回傳目前機器學習產生的推論，來輔助玩家指揮官做出最後決定，當然，透過手動觸碰Bar的調整，指揮官可以自行微調所想的參數數據。
5.在指揮面板中系統會自動記錄指揮官前20次所使用的數據資料以提供參考，中央有我方目前基地被攻擊的情況
6.在實地的比賽中，靶材總共有五面，可分別定義分數，並且在固定回合數內，進行分數的結算與比較，決定勝出的一方。

結論與目前執行成果

本專案開發的創新與目的在於以教室為單位來進行教材開發，透過教室內單一電腦進行邊緣運算，並分別將運算結果回傳至教學平板，有效的降低一個班級所需要的學習教具成本，以解決教育市場中對於邊緣運算AI教具整體價格昂貴難以普及的痛點。

在硬體的部分，團隊透過一對一的形式做出兩組Prototype簡單布局進行專案的軟體內容開發，利用坦克本身的各項控制變數，並搭配Kinect 動作感測器的特性，研究發射彈道作為輸出結果。以此成為機器學習中訓練模型的各式參數與結果比對。

目前實體產品與軟體測試正在進行優化階段，許多細節正在逐步完善中，拓可思將預計於明年寒假結束開學後，開放提供給目前的學生免費參與課程試玩，屆時會有更詳細的解說與教學課程。

團隊介紹

拓可思科創研發致力於軟體與硬體整合的教學方案，打造出能讓孩子在幼小時培養出好的邏輯思考能力，也堅信這是未來的指標教育。公司目標為在未來的三年能把機器人以至於AI的程式學習地圖、結合EA-清華STEAM學校的批判性思考(Critical Thinking)、合作學習(Cooperative Learning)、與創造力(Creativity)同時具有國際視野的教學模式，帶領至歐美及東南亞，成為國際化的教學方案。

團隊里程碑：
2019 香港HKEDA教育發展協會榮譽理事與戰略合作夥伴
2020 臺灣創新發明博覽會TIE創新發明獎-銀牌獎
2021 APICTA亞太資通訊競賽入圍代表參與決賽
2021 & 2022 資策會創新學習中心METAEDU連續兩年選拔入選 HolonIQ 50
2022 & 2023 科技部 & TTA 科技新創 Startup Program 美國全球CES展