我对生物和工程都很感兴趣，我一直在寻找将它们结合起来的方法。我对生物发光特别着迷——一些生物是如何创造自己的光的。最近，我开始探索Arduino，将我的一些生物学相关项目想法变为现实。这个项目是我和我爸爸的合作，他有电子方面的经验，是我的导师。他向我介绍了Arduino和AI，目的是帮助我学习如何在我未来的生物学职业生涯中使用这些工具。我们利用人工智能助手Gemini作为工具，帮助我们将想法变为现实。Gemini的角色是协助完成生成代码、创建Arduino草图和起草部分报告等任务，但总是在我们的直接指导下，并基于我们的原始概念。虽然我对生物学的兴趣推动了这个项目，但这份报告是我们共同努力和想法的反映。
首先，我们使用Gemini来集思广益，将生物发光和Arduino结合起来。学习如何在研究过程中使用人工智能真的很有帮助。我爸爸给了我一份清单，上面列出了b谷歌博士论文中31个科学项目。这帮助我理解了探索这一领域的不同方式。以下是这位人工智能助手提出的一些项目想法，它们确实激发了我的兴趣：
•空气质量监测器：测量空气污染物，如颗粒物(PM)和二氧化碳(CO2)水平。
•生物反馈装置：使用传感器测量心率变异性(HRV)等生理参数，并为放松技术提供反馈。
•微生物燃料电池：利用微生物燃料电池和Arduino从细菌中发电。
•植物浇水系统：监测土壤湿度，并在需要时自动浇水。
•心率监测器：使用脉搏传感器测量心率，并显示在LCD或LED显示屏上。
•温湿度记录仪：使用传感器记录温度和湿度数据并将其存储在SD卡上。
我查看了提供的列表，选择了15个独立的研究项目。我浏览了一下清单，选择了一些我认为有趣的，生物发光夜灯就在清单上。总的想法是确定哪些项目是最科学的，与生物学相关的。我们也想创造一个独特的项目。我的父亲Gemini(我们的人工智能助手)和我创建了一个材料、说明、关键细节和任何其他数据的列表，这些数据将有助于成功高效地完成这个研究项目。
人工智能生成概念图像。由谷歌Gemini Advanced 1.5 Pro创建
我选择了生物发光夜灯项目，因为它结合了我对生物学和Arduino的兴趣。我最近完成了双招生生物学2实验课程，这激发了我对鞭毛藻等生物发光生物的兴趣。学习像鞭毛藻这样迷人的生物是我的一个个人爱好。我喜欢生物学，更确切地说是微生物学，所以这个项目引起了我的注意。在过去的一年里，我一直在用Arduino做实验，现在我真的很喜欢用它来创建项目。我喜欢用我的双手工作和建造东西。在双子座提供的所有项目中，这个项目对我来说绝对是突出的，因为它结合了我最喜欢的两个新爱好。选择了这个项目后，我开始将人工智能，特别是双子座，纳入我的研究中。这个项目旨在帮助我开发使用AI进行编码、电路设计、研究和写作的技能。双子座成为我完成这些任务的主要工具，这个生物发光夜灯项目为我提供了一个学习平台，让我在科学背景下探索人工智能的能力。我根据我的AI助手开始了以下项目的研究：
•组件需要
•零件成本
•步骤
Informing Gemini:
在Gemini帮助我们对最初的项目想法进行头脑风暴之后，我们继续与AI合作。通过让Gemini在单独的对话中了解我们的设计迭代，我们能够改进项目并确定两个版本的方法是最佳的。
版本1(没有细菌的原型)：
LED模拟生物发光细菌。光传感器/光敏电阻检测来自初始LED的光。这将触发Arduino激活第二个LED来表示感应到光线。
版本2(含细菌的最终版本)：
真正的生物发光细菌现在提供了最初的光源。光传感器/光敏电阻检测细菌发出的光。这将触发Arduino激活一组单独的led灯，以创建夜灯。
Informing Me:
在我开始这个项目之前，我父亲列出了我要学的东西。他想让我理解它的目的，跳出常规思维。以下是列表：
•如何使用人工智能来完成科学项目，而这些项目需要你还不具备的技能。
•如何开始使用Arduino硬件和软件来制作科学项目。
•用科学的方式思考生物学。
这些主题给了我一个目标，帮助我集中精力，更好地了解如何在生物学领域使用Arduino。此外，在整个项目中，我必须学会如何与我的人工智能助手交谈。我父亲给了我一些问题，让我在整个过程中问我的人工智能助手：
•我们如何使它成为一个伟大的、令人满意的生物项目(我们如何收集、添加、增强什么，等等?)
•构建一个没有细菌的版本需要哪些部分?
•你了解这个项目的价值和目的吗?
•你能清楚地解释一下这个项目是什么，它的科学目的和价值吗?
当我开始我的研究时，我很快发现有效地使用双子座需要一个学习曲线。最初，双子座有时会给出不正确、模糊或过于宽泛的答案。我了解到，关键是改进我的提示，使用精确的语言和提供特定的上下文来引导双子座获得我需要的信息。例如，当我第一次要求提供组件列表时，Gemini提供了一个全面的组件列表，其中包括许多对这个项目来说最终是不必要的，例如通用二极管(例如，1N4001)、热缩管和晶体管。
上面的截图显示了Gemini提供的初始列表。正如你所看到的，led不见了，还有太多的其他组件。
在那个阶段，我相信双子座的建议是准确的。然而，当我爸爸看清单时，他意识到里面有很多不必要的东西。他帮助我将组件范围缩小到那些真正需要的组件，让我更清楚地了解项目的需求。这也帮助我学会了如何更好地评估AI提供的信息。通过这个过程，我对如何组织我的问题和指示有了更好的理解，从而从双子座那里得到更准确和相关的回答。学习如何有效地与AI互动的过程成为项目本身不可或缺的一部分。
项目管理:
我爸爸和我的地理位置分散，所以我们必须想办法在网上完成这个项目，并降低成本。我们知道我们想要使用的生物发光细菌会非常昂贵，我们还在学习项目的具体科学要求。
我爸爸在中间的一张纸上列出了我们已经拥有的组件，并做了一个清单。以下是该表格的部分截图：
然后我们必须研究从哪里可以获得细菌。他开始在表格上填上更多他认为有用的信息。
版本1：概念验证原型(或LED原型)
我们最初的想法是让细菌发光，然后用光触发第二个LED，这将是真正的夜灯。我们不想贸然购买细菌，但后来却发现我们的想法行不通。所以，我们决定先做一次测试，作为一种“概念验证”。在把钱花在真正的细菌上之前，我们用LED来代替细菌的光。计划是让第一个LED(细菌的替代品)发光。然后，一个光传感器会检测到光线并触发第二个LED。第二个LED是我们想要构建的真正的夜灯的代理。我们使用5528光敏电阻，也称为光相关电阻(LDR)，来检测第一个LED何时打开。通过这种方式，我们可以测试我们的想法，确保光传感器和led在获得真正的细菌之前能够正确地协同工作。
对我来说，创建一个电路板布局所需的电路图是很困难的，因为我专注于生物发光版本，并搜索了类似的项目，但我找不到一个。我爸爸把我介绍给小叮当，这样我就可以创造一个初始电路。
迭代1.1：初始电路(串联错误)
我用双子座帮助我在Tinkercad中创建了一个电路，但是双子座给了我一个错误的电路。它创造了一个串联电路而不是并联电路。在双子座的帮助下，我成功地在Tinkercad中制作了我的第一个电路，但是双子座创建的电路并不是最好的方法。下面是led串联的电路。
注意led是串联的，并连接到A0。
迭代1.2:Tinkercad修订(并行电路，Uno)
父亲看了一遍，意识到他应该介入，让事情继续下去。他在2024年12月19日重做了我在tinkercad做的电路。他在Tinkercad电路中使用了Arduino Uno，因为Tinkercad没有Nano。我用的是Nano。然后我自己重新创建了这个电路，并制作了下面的电路：
我将Nano连接到面包板的一侧，但没有连接到面包板上，这可能会导致连接松动。
将Nano连接到侧面。
父亲意识到为Nano设计的布局对我来说更容易，于是他在面包板上用Nano设计了另一个。
他用电路一块一块地设计布局。我不知道，因为Cirtuito。io可以选择使用其他Arduino板，包括Nano。他一次导出一个组件的截图，然后使用Inkscape(一个类似于Illustrator的免费矢量图形程序)绘制布局和布线。然而，在这种布局中，他错误地将红色LED连接到电阻上。他将220欧姆电阻连接到红色LED的阴极而不是阳极。这是最初的布局：
迭代1.3：面包板上的纳米(电阻放置错误)
他将220欧姆电阻连接到红色LED的阴极而不是阳极。
我爸爸坚持要我重做电路，把nano放在面包板上，而不是放在旁边。他表示，将Nano放在电路板上有助于建立更牢固的联系，并使整个原型机更整洁。下面是我在面包板上使用Nano的新电路：
显然，因为我们错误地连接了红色LED和它的电阻，光敏电阻指向远离黄色LED，这个版本没有像预期的那样工作。
重组、错误和更正
第二天，我又开始了这个项目。另一个问题是，我在前一天晚上从面包板上断开了所有组件。这个错误导致第二天我再次尝试在面包板上重新创建布局时浪费了时间。这也为新的连接错误打开了大门。下面是第二天新连接的电路。
这只是我的第三个Arduino项目，在第二次尝试创建电路时，我在面包板上错误地连接了组件。我父亲查看了面包板上所有电路的图片，以确保它们都正确连接。
光敏电阻的右脚在第21行，没有连接在电路中。
因为我必须重新连接所有东西，我引入了一个新问题。我把光敏电阻接错了。右边的腿应该在第22行，而不是上面照片中的第21行。
这是上面校正后的电路，光敏电阻现在在第22行
组件故障排除
在我把组件正确地放回去之后，我们注意到指示灯LED停止工作了。请注意，在初始重组电路中的指示灯LED，上面的3个图像，是蓝色的。我们决定用一个新的草图来测试两个led是否正常工作。我们想知道它们是否会眨眼，这就能告诉我们是led出了问题还是电线出了问题。我们用了一个临时草图来测试它们是否有效。下面是我父亲让我们的AI助手创建的代码，我用来测试led是否正常工作：
LED测试草图：
事实证明，为了确定起见，蓝色指示灯LED必须与两根连接线一起断开。注意上面照片中新的绿色LED。一旦我们换出LED和跳线，我们再次运行LED草图，它工作了。新的绿色LED灯亮了。
迭代1.4:LED定时修复- AI救援!
我们上传了原始代码，我们面临着另一个困境：led功能齐全，但在不同的时间交替发光。我父亲把代码交给了我们的人工智能助手，让它告诉我们问题所在。我们建议将光阈值从1000更改为500，以下是生物发光夜灯项目的最终代码。正确的布局为这个项目和草图如下所示：
效果图:
正确的电路布局
代码:
细菌代理LED，光敏电阻和LED指示灯最终按预期工作。黄色细菌LED点亮3秒，光敏电阻感应到并触发夜灯点亮，只要细菌被点亮。然后细菌LED关闭2秒，光敏电阻感应到并关闭夜灯。下面是一些布局的图片：
最终电路图像：
下一个步骤:
由于这个项目现在是一个夜间照明项目，它更适合作为一个设计项目，而不是一个生物项目。在和双子座进行了一些头脑风暴之后，我和父亲决定加强这个项目，使它更像一个生物项目。
本文编译自hackster.io
