изображение - roboconstructor.ru
Известна притча разказва, че когато млада майка с дете на ръце се обърнала към мъдреца и попитала на каква възраст трябва да започне да отглежда потомството си, старецът отговорил, че е закъсняла за толкова години, колкото детето вече има . При избора на бъдеща професия ситуацията е доста сходна. Трудно е да се изисква осъзнаване на своите наклонности и интереси от бебе, но още в гимназията започват всякакви специализации и по това време би било хубаво вече да знаете в каква посока трябва да се движи порасналото дете. Но едно нещо вече знаем почти със сигурност – през следващите десетилетия от 30 до 80% от професиите ще бъдат напълно автоматизирани.
Роботика, кибернетика, разбиране на алгоритми - набор от умения, с които най-вероятно такива неясни перспективи няма да застрашат човек. Разбира се, най-вероятно успоредно със замяната на работната сила с роботи ще се развие и концепцията за безусловен базов доход, но едва ли искате такова бъдеще за вашето дете.
Има много начини бързо да покажете на млада и заинтересована публика основите на програмирането и роботиката. Всички те са евтини, доста лесни за научаване и за няколко часа дават разбиране на основите на алгоритмите и концепциите на кибернетичните устройства. Но в класните стаи е лесно да се сблъскате с недостатъците на тези платформи - ограничена издръжливост (и честно казано - "идиотска съпротива" също) на макетите, софтуерни интерфейси, които не са много удобни за деца на 11-12 години, сравнително малък елемент на "играта".
Всички тези недостатъци се борят повече от двадесет години в най-известния производител на образователни комплекти LEGO Education. Говорим, разбира се, за платформата MINDSTORMS Education EV3. Започвайки от Mindstorms RCX, произведен в началото на 90-те години и завършвайки с най-модерния комплекс MINDSTORMS Education EV3, принципът на формиране на платформа остава същият. Базиран е на „интелигентна тухла“, микрокомпютър с екран и входно-изходни портове, към които са свързани всички останали компоненти. Както във всяка роботизирана система, периферните устройства са разделени на сензори и ефектори. С помощта на сензори роботът възприема света около себе си и благодарение на ефекторите реагира на него в съответствие с програмираната програма. Компонентите на платформата са свързани помежду си с прости кабели без запояване, а механичните конструкции са ограничени само от здравината на пластмасовите части и въображението на дизайнерите.
разгледахме възможностите на такива решения като цяло, но сега искаме да се спрем по-подробно на LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 е направен съвместим с частите на Lego Technic. Това означава, че платформата може да се използва за създаване на голямо разнообразие от дори невероятни дизайни, от прости коли и роботизирани ръце до сложни конвейери или дори модули за решаване на кубчето на Рубик. Всъщност всеки комплект Lego Technic може да се превърне в източник на части за проекти и няма да има проблем с подмяната на повредени резервни части. Да, те не изглеждат толкова брутални като стария съветски алуминиев дизайнер, но на практика се оказват дори по-здрави от металните изделия. Поне в моята колекция, започнала през 1993 г., все още не е открита нито една счупена част.
Основният образователен комплект MINDSTORMS Education EV3 включва 541 части от Lego Technic. Може да се закупи като специализиран набор от ресурси като (или по-стария 9648 от NXT) или просто голям конструктор като (2800 части) или (почти 4000 части) и след като си поигра достатъчно с основния модел, го постави на "тухлите" за кибернетични експерименти. По отношение на едно парче, Lego превъзхожда много други комплекти тук - само 3-5 рубли на парче.
Е, ако някой има стара колекция, която включва десетки хиляди детайли, тогава изобщо не е нужно да се притеснявате за ресурси.
Екранна снимка от услугата Brickset (интерактивна база данни за собственици на конструктори Lego, която ви позволява да събирате различни статистики) от автора
Това обаче се отнася само за "пасивни" елементи като греди, колела или свързващи щифтове. Сензорите и ефекторите, разбира се, са много по-скъпи, но в основния комплект има повече от достатъчно. Mindstorms EV3 идва с три мотора (два по-големи и по-мощни и един компактен серво), чифт сензори за докосване (нещо като "умни" бутони), ултразвукови, жироскопични и цветни сензори (може да работи и в режим на сензор за светлина). Плюс това, съвместимостта със сензори от предишното поколение роботи Lego Education, Mindstorms NXT, е запазена (те включват например сензор за ниво на шума).
Но обратно към „умната тухла“, сърцето на системата. Това наистина е доста тежка и обемна „тухла“, оборудвана с монохромен LCD екран 178x128 (показва не само менюто, но и всички видове персонализирани снимки в процеса) с променлив цвят на подсветката. С помощта на кабели със стандартен RJ-12 конектор към него са свързани сензори и ефектори (до четири устройства от всеки тип), има слот за microSDHC и USB порт.
Последният може да се използва както за изтегляне на действителните програми, така и за актуализиране на фърмуера. Въпреки това, микроконтролерът не е лишен от безжични интерфейси, ако желаете, можете да изтегляте програми чрез Wi-Fi (необходим е външен модул) или Bluetooth (вграден). Освен това, ако сглобим робот с дистанционно управление, той може да бъде „управляван“ с помощта на безжична комуникация от смартфон или таблет.
Вътре в "умната тухла" живее 300 MHz ARM процесор, 16 мегабайта постоянна памет (и затова картата е полезна) и 64 мегабайта RAM. Колкото и скромни да изглеждат тези цифри, има повече от достатъчно мощност за изпълнение дори на най-разклонените алгоритми, които вие или дори дете можете да напишете в процеса на обучение. И ако го сравните с 48-MHz процесор от предишното поколение NXT, който наскоро навърши десет години, тогава напредъкът е напълно забележим. Не може обаче да се каже, че NXT се забави значително в процеса на решаване на типични задачи.
Освен това има четвърти порт за двигателите, което само по себе си е значително разширяване на функционалността, което оправдава надстройката.
USB портът вече поддържа хост режим, който ви позволява не само да свържете Wi-Fi адаптер, но и да свържете множество EV3 Bricks в един сложен робот. Вярно е, че нивото на задачите в същото време става напълно „не детско“.
И накрая, MINDSTORMS Education EV3 има поддръжка за захранване от батерията. Вместо шест АА батерии можете да поставите включената литиево-йонна батерия за два и половина амперчаса. Разбира се, никой не забранява използването на пръстови батерии eneloop, но необходимостта да ги извадите за зареждане прави използваемостта под средната. И за цената няколко комплекта eneloop със зарядно са доста сравними с маркова батерия.
О, да, има голям и силен високоговорител, който вече може не само да изсвирва ретро мелодии от 8-битовата ера, но и да възпроизвежда по-приятни звуци.
Сега нека да разгледаме ефекторите от базовия комплект. Два от тях са мощни двигатели, подобни на тези, които вече се използват в NXT, продълговати устройства, които развиват сериозен въртящ момент благодарение на вътрешен редуктор.
В случай на блокиране на двигателя е предвиден механичен съединител, който започва да се плъзга, ако триенето е по-голямо от изчисленото, така че е доста трудно да изгорите двигателя.
Има сензор за ъгъл на въртене с резолюция от един градус (двигателят казва на контролера под какъв ъгъл е завъртяна оста му в момента) и възможност за точно синхронизиране на въртенето на всички свързани двигатели.
Третият, така нареченият М-серво (мотор със среден размер) произвежда три пъти по-малък въртящ момент, но скоростта му на въртене е почти два пъти по-висока.
Що се отнася до сензорите, всъщност не е необходимо да се ограничавате до предлаганите от LEGO Education (въпреки че те са над покрива за всеки образователен проект), редица компании на трети страни произвеждат съвместими и понякога доста екзотични сензори. Пълен изходен код на фърмуера и хардуерни спецификации .
Программное обеспечение
Говорихме много за хардуерната база, но всъщност не само тя определя ефективността на часовете по роботика. Това е наличието на наистина интуитивен софтуер на множество платформи (Mac, PC, мобилни устройства) и прави LEGO MINDSTORMS Education EV3 платформата за обучение по избор, и особено в началото на началното и средното училище, за деца на тридесет години.
Приветстващ екран на приложението на iPad
Визуализацията на алгоритмите в родния софтуер LEGO MINDSTORMS Education EV3 е просто на най-високо ниво - достатъчно е само за няколко минути да научите основните типове взаимодействие на логически блокове (условия на преход, цикъл и т.н.) и след това постепенно да увеличавате сложността на програмите. Разбира се, има и готови проекти за обучение на десетки различни модели роботи, а ако желаете, можете да намерите хиляди интересни програми в онлайн общностите.
Примерна програма в приложението за iPad
Напредналите потребители могат да инсталират LabVIEW или RobotC - "мозъците" на LEGO MINDSTORMS Education EV3 са напълно съвместими с тези пакети. Тук, за съжаление, няма да работи за експортиране на стари проекти за NXT без допълнително преобразуване.
От образователна гледна точка е много по-интересно . Тя ви позволява да поддържате електронни бележници на учениците, благодарение на които учителят може да оцени напредъка на конкретен ученик и да следи напредъка му от неговата версия на приложението. Освен това можете да използвате не само обучителните материали, налични на борда на софтуера (от които има много), но и да създадете свои собствени с помощта на вградения редактор на съдържание.
Видео уроци за EV3 Content Editor
А в настолната версия има помощна програма за регистриране на данни с възможност за програмиране на области на диаграма в зависимост от праговите стойности. Тоест сега учителят може лесно да демонстрира работата на съвременните технологии в интелигентен дом, например.
Микрокомпютърът EV3 ще събира данни от сензори в реално време и в зависимост от температурния фон ще изпълнява една или друга моделна програма. При високи температури вентилаторът включва, при ниски температури нагревателят. И студентите ще могат да улавят и анализират данните, финализирайки модела.
Регистриране на данни
Откритостта на фърмуера на „интелигентната тухла“ вече е изиграла своята роля: има алтернативни опции с поддръжка на най-популярните езици за програмиране (десетки от тях). Като цяло използването на EV3 може да бъде „закрепено“ към всеки образователен проект, свързан с програмирането, тъй като има малко по-удовлетворяващо от възможността да видите работата на вашите собствени алгоритми „хардуерно“.
Мнозина очакват, че препъникамъкът в тази история може да е цената. Всъщност за основния комплект ще трябва да платите 29 900 рубли, плюс още 2, за да платите за зареждане. Тази сума обаче включва части и електроника за удобната работа на двама ученика, както и пълноценен базов софтуер с 500 готови урока (който от януари 48 г. е напълно безплатен както за физически лица, така и за организации). Разбира се, допълнителното оборудване и работните комплекти могат да увеличат разходите, но в разумни граници. Така че комплект за 2016 ученика, който включва LME EV8 базови и ресурсни комплекти, зарядни устройства, софтуер и , ще струва 174 900. Напълно приемливо е да оборудвате, например, кръг в училище.
Да, той е значително по-скъп от обикновените платформи, подобни на Arduino. Но възможностите, както и нивото на ангажираност, са много по-високи. Базирана на EV3 учебна програма може лесно да се планира за цялата гимназия и извън нея. Освен това, при адекватна употреба, LEGO MINDSTORMS Education EV3 ще "оцелее" безпроблемно няколко прости комплекта поради механични качества, лесна подмяна и наличност на части (в моята практика само един RJ-12 кабел изисква смяна в 10-годишно дете NXT).
В резултат на това виждаме проект с почти отворен код, поддържан от гигантска компания с всички необходими бонуси в такава ситуация - дълъг жизнен цикъл, наличие на резервни части и разширения, официални и любителски ръководства и развита общност. Mindstorms се превърна на практика в стандарт за западните образователни класове по роботика за деца и би било наистина страхотно да го видим широко използван и в Русия.
Избор на път
А сега към основното. За разлика от комплектите WeDo 2.0, EV3 е фокусиран върху гимназията, съответно върху по-големи деца, за които въпросът за избор на бъдеща професия вече е по-сериозен.
Използвайки EV3, всеки от учениците ще може по-активно да разкрие способностите, заложени в него от природата, възпитанието и процеса на обучение.
Роденият математик ще следи отблизо телеметрията на сензорите, как точно се записва изминатото разстояние от робота, как се записва ъгълът, под който се отклонява и т.н.
Бъдещият IT специалист, разбира се, ще се потопи в програмирането на робота, анализирайки алгоритмите, по които се движи. И той със сигурност ще създаде свой собствен, който не е предвиден от стандартната инструкция.
Едно дете, което се интересува от физиката, ще може да провежда визуални експерименти с помощта на робот, тъй като комплектите нямат проблеми със сензорите, точно както детето с въображението.
Като цяло, каквито и да са интересите и любимите предмети на вашето дете в училище, обучението с комплекти MINDSTORMS EV3 ще му позволи да бъде по-ясно идентифицирано и фокусирано върху развитието си в бъдеще.
В живота
В момента решенията на компанията вече се използват от студенти за създаване на интересни проекти, както в рамките на различни конкурси, така и за общо развитие. Редица от тях бяха отразени в медиите тази година.
Астраханските ученици Руслан Казимов и Михаил Гладишев разработиха робот-симулатор за възстановяване на ставите на ръцете на базата на регионален технопарк.
снимка - rg.ru
Осмокласниците прекараха малко по-малко от два месеца в разработването на симулатора. Те представиха своя проект на регионалния етап на IX Всеруски конкурс за научни и иновационни проекти в Южния федерален окръг, където заеха второ място. В бъдеще те планират да създадат промишлен прототип - засега разработчиците предлагат само прототип, направен от комплекта за образователна роботика LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Устройството дублира движенията, извършени от лекаря - ставите започват да работят, като по този начин възстановяват подвижността не само на тях, но и на мускулни групи. Докато устройствата са свързани чрез Bluetooth, в бъдеще те ще взаимодействат чрез интернет или Wi-Fi.
На пазара има аналози на такова устройство, но астраханското устройство може да работи едновременно с раменните, китковите и лакътните стави. Освен това е преносим и работи с батерии. Има и възможност за дистанционно управление, тоест пациентът може да тренира, без да напуска дома.
На Световната олимпиада по роботика 2015 (WRO 2015) руският отбор DRL от Санкт Петербург беше отличен със специална награда за креативност от LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Руският екип на DRL представи проекта CaveBot. Момчетата от Санкт Петербург, под ръководството на треньора Сергей Филипов, създадоха уникален изследователски робот за откриване на неизследвани зони в пещери. Разработката засяга различни научни области, като уникален робот позволява да се изпълняват задачи с различна сложност.
Екипът построи катерещ робот, оборудван с различни сензори за откриване на обекти, за да ги изследва. Получените данни могат да бъдат превърнати в 3D модели на компютър.
И 13-годишният Shubham Banerjee създаде Брайл от части LEGO като част от училищен научен проект. По-късно с участието на семейството му е създаден стартъп за пускане на изобретението, който получава финансова подкрепа от техническата корпорация Intel.
(Снимка: Марсио Хосе Санчес, AP)
Идеята за създаване на принтер идва на Shubham след проучване на Брайл в Интернет. След като разбрал, че сензорните принтери струват $2,000 и повече, студентът решил да направи по-евтина версия.
Скоро след изобретяването незрящи деца и техните родители започват да се свързват с Шубам с една-единствена молба - да направят евтин брайлов принтер, като обещават да го "купят направо от рафта".
Както можете да видите, използването на MINDSTORMS Education EV3 в учебния процес позволява на учениците да включат максимално въображението си, създавайки все повече и повече нови механизми, които не само помагат за реализиране на идеи или визуално провеждане на всякакви експерименти, но и започват да решават върху бъдещата им професия.
Ако имате въпроси относно използването на тези решения в образователния процес (или относно самите продукти), напишете ги в коментарите.
Източник: www.habr.com