slika - roboconstructor.ru
Poznata parabola kaže da kada se mlada majka sa djetetom u naručju obratila mudracu i upitala u kojoj dobi treba da počne da odgaja svoje potomstvo, stariji je odgovorio da je zakasnila za onoliko godina koliko je dijete već imalo. . Sa izborom budućeg zanimanja situacija je prilično slična. Teško je od dojenčeta zahtijevati svijest o svojim sklonostima i interesima, ali već u srednjoj školi počinju svakakve specijalizacije i do tada bi bilo lijepo znati u kojem smjeru odraslo dijete treba da se kreće. Ali jedno već znamo gotovo sigurno – u narednim decenijama od 30 do 80% zanimanja će biti potpuno automatizovano.
Robotika, kibernetika, razumijevanje algoritama - skup vještina s kojima, najvjerovatnije, takve nejasne perspektive neće ugroziti osobu. Naravno, najvjerovatnije će se paralelno sa zamjenom radne snage robotima razvijati i koncept bezuslovnog osnovnog dohotka, ali teško da želite takvu budućnost svom djetetu.
Postoji mnogo načina da mladoj i zainteresiranoj publici brzo pokažete osnove programiranja i robotike. Svi su jeftini, prilično laki za učenje i za nekoliko sati daju razumijevanje osnova algoritama i koncepata kibernetičkih uređaja. Ali u učionicama je lako naići na nedostatke ovih platformi - ograničenu izdržljivost (i da budemo iskreni - i "otpornost na idiote") matičnih ploča, softverski interfejsi koji nisu baš prijateljski raspoloženi za djecu od 11-12 godina, relativno mali element "igre".
Sa svim ovim nedostacima se već više od dvadeset godina bori najpoznatiji proizvođač edukativnih kompleta LEGO Education. Govorimo, naravno, o MINDSTORMS Education EV3 platformi. Počevši od Mindstorms RCX proizvedenog početkom 90-ih pa do najmodernijeg MINDSTORMS Education EV3 kompleksa, princip formiranja platforme ostaje isti. Zasnovan je na „inteligentnoj cigli“, mikroračunaru sa ekranom i ulazno-izlaznim portovima, na koji su povezane sve ostale komponente. Kao iu svakom robotskom sistemu, periferni uređaji su podijeljeni na senzore i efektore. Uz pomoć senzora, robot percipira svijet oko sebe, a zahvaljujući efektorima na njega reagira u skladu s programiranim programom. Komponente platforme su međusobno povezane jednostavnim kablovima bez lemljenja, a mehaničke strukture ograničene su samo čvrstoćom plastičnih dijelova i maštom dizajnera.
razmotrili smo mogućnosti takvih rješenja općenito, ali sada se želimo detaljnije zadržati na LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 je kompatibilan sa Lego Technic dijelovima. To znači da se platforma može koristiti za kreiranje širokog spektra čak i nevjerovatnih dizajna, od jednostavnih automobila i robotskih ruku do složenih transportera ili čak rješavača Rubikove kocke. Zapravo, svaki Lego Technic set može postati izvor dijelova za projekte, a neće biti problema sa zamjenom oštećenih rezervnih dijelova. Da, ne izgledaju tako brutalno kao stari sovjetski aluminijski dizajner, ali u praksi se ispostavljaju čak i jači od metalnih proizvoda. Barem u mojoj kolekciji, koja je počela 1993. godine, još nije otkriven nijedan polomljeni dio.
MINDSTORMS Education EV3 Core Education Set uključuje 541 Lego Technic komad. Može se kupiti kao specijalizirani skup resursa kao što je (ili stariji 9648 iz NXT-a) ili samo veliki konstruktor poput (2800 dijelova) ili (skoro 4000 dijelova) i, nakon što se dovoljno poigrao s glavnim modelom, stavio ga na "cigle" za kibernetičke eksperimente. Što se tiče jednog komada, Lego ovdje mnogo nadmašuje druge setove - samo 3-5 rubalja po komadu.
Pa, ako neko ima staru kolekciju koja uključuje desetine hiljada detalja, onda uopšte ne morate da brinete o resursima.
Snimak ekrana usluge Brickset (interaktivna baza podataka za vlasnike Lego konstruktora koja vam omogućava prikupljanje raznih statistika) autora
Međutim, ovo se odnosi samo na "pasivne" elemente kao što su grede, točkovi ili spojne osovinice. Senzori i efektori su, naravno, mnogo skuplji, ali ih u osnovnom kompletu ima više nego dovoljno. Mindstorms EV3 dolazi sa tri motora (dva veća i snažnija i jedan kompaktni servo), par senzora za dodir (neka vrsta "pametnih" dugmadi), ultrazvučnih, žiroskopskih i senzora u boji (može raditi i u modu senzora svjetla). Osim toga, sačuvana je kompatibilnost sa senzorima iz prethodne generacije Lego Education robota, Mindstorms NXT (to uključuje, na primjer, senzor nivoa buke).
Ali da se vratimo na "pametnu ciglu", srce sistema. Ovo je zaista prilično teška i obimna „cigla“, opremljena monohromatskim LCD ekranom 178x128 (prikazuje ne samo meni, već i sve vrste prilagođenih slika u procesu) sa promenljivom bojom pozadinskog osvetljenja. Koristeći žice sa standardnim RJ-12 konektorom, na njega se spajaju senzori i efektori (do četiri uređaja svake vrste), postoji utor za microSDHC i USB port.
Potonji se može koristiti i za preuzimanje stvarnih programa i za ažuriranje firmvera. Međutim, mikrokontroler nije lišen bežičnih interfejsa, po želji možete preuzeti programe putem Wi-Fi (potreban je eksterni modul) ili Bluetooth (ugrađen). Također, ako sastavimo robota na daljinsko upravljanje, njime se može „upravljati” bežičnom komunikacijom sa pametnog telefona ili tableta.
Unutar „pametne cigle“ živi ARM procesor od 300 MHz, 16 megabajta trajne memorije (i zato kartica dobro dođe) i 64 megabajta RAM-a. Koliko god ove brojke izgledale skromno, postoji više nego dovoljno snage da se izvedu i najrazgranatiji algoritmi koje vi ili čak dijete možete napisati u procesu učenja. A ako ga uporedite sa 48-MHz procesorom prethodne generacije NXT, koji je nedavno napunio deset godina, napredak je u potpunosti primjetan. Međutim, ne može se reći da je NXT primjetno usporio u procesu rješavanja tipičnih zadataka.
Plus, tu je i četvrti port za motore, što samo po sebi predstavlja značajno proširenje funkcionalnosti koje opravdava nadogradnju.
USB port sada podržava način rada domaćina, koji vam omogućava ne samo da povežete Wi-Fi adapter, već i povežete više EV3 kockica u jednog složenog robota. Istina, razina zadataka u isto vrijeme postaje potpuno "ne djetinjasta".
Konačno, MINDSTORMS Education EV3 ima podršku za baterijsko napajanje. Umjesto šest AA baterija, možete ugraditi priloženu litijum-jonsku bateriju za dva i po amper sata. Naravno, niko ne zabranjuje korištenje eneloop baterija tipa prsta, ali potreba da se one skidaju radi punjenja čini upotrebljivost ispod prosjeka. A po cijeni, par eneloop kompleta s punjačem sasvim se može usporediti s markiranom baterijom.
O da, tu je veliki i glasan zvučnik koji sada može ne samo da škripi retro melodijama iz 8-bitne ere, već i pušta ugodnije zvukove.
Pogledajmo sada efektore iz osnovnog seta. Dva od njih su snažni motori, slični onima koji se već koriste u NXT-u, duguljastim uređajima koji razvijaju ozbiljan obrtni moment zahvaljujući internom reduktoru.
U slučaju blokiranja motora predviđeno je mehaničko kvačilo, koje počinje kliziti ako je trenje veće od izračunatog, pa je motor prilično teško spaliti.
Postoji senzor ugla rotacije sa rezolucijom od jednog stepena (motor govori kontroleru pod kojim uglom je njegova osa trenutno rotirana) i mogućnost preciznog sinhronizovanja rotacije svih povezanih motora.
Treći, takozvani M-servo (motor srednje veličine) proizvodi tri puta manji obrtni moment, ali je njegova brzina rotacije gotovo dvostruko veća.
Što se tiče senzora, nije stvarno potrebno ograničiti se na one koje nudi LEGO Education (iako su preko krova za svaki obrazovni projekat), brojne treće strane proizvode kompatibilne i ponekad prilično egzotične senzore. Potpuni izvorni kod firmvera i hardverske specifikacije .
Softver
Mnogo smo pričali o hardverskoj bazi, ali zapravo ne samo da ona određuje efikasnost časova robotike. To je prisutnost istinski intuitivnog softvera na više platformi (Mac, PC, mobilni uređaji) i čini LEGO MINDSTORMS Education EV3 platformom za učenje po izboru, a posebno na prelazu iz osnovne i srednje škole, za djecu u svojim tridesetima.
Ekran dobrodošlice aplikacije na iPadu
Vizualizacija algoritama u matičnom LEGO MINDSTORMS Education EV3 softveru jednostavno je na najvišem nivou - dovoljno je samo za nekoliko minuta naučiti glavne vrste interakcije logičkih blokova (prijelazni uvjeti, petlja, itd.) i zatim postepeno povećavati složenost programa. Naravno, postoje i gotovi projekti obuke za desetke različitih modela robota, a ako želite, možete pronaći hiljade zanimljivih programa u online zajednicama.
Primjer programa u iPad aplikaciji
Napredni korisnici mogu instalirati LabVIEW ili RobotC - "mozak" LEGO MINDSTORMS Education EV3 potpuno je kompatibilan sa ovim paketima. Ovdje, nažalost, neće uspjeti izvesti stare projekte za NXT bez dodatne konverzije.
Sa obrazovne tačke gledišta, mnogo je zanimljivije . Omogućava vam da vodite elektronske bilježnice učenika, zahvaljujući kojima nastavnik može procijeniti napredak određenog učenika i pratiti njegov napredak iz njegove verzije aplikacije. Osim toga, možete koristiti ne samo materijale za obuku koji su dostupni u softveru (kojih ima mnogo), već i kreirati svoje pomoću ugrađenog uređivača sadržaja.
Video vodiči za EV3 Content Editor
A u desktop verziji postoji uslužni program za evidentiranje podataka sa mogućnošću programiranja područja grafikona ovisno o vrijednostima praga. Odnosno, sada nastavnik može lako demonstrirati rad modernih tehnologija u okviru pametne kuće, na primjer.
EV3 mikroračunar će prikupljati podatke sa senzora u realnom vremenu i, ovisno o temperaturi pozadine, pokrenuti jedan ili drugi program modela. Na visokim temperaturama se uključuje ventilator, na niskim temperaturama grijač. I studenti će moći da shvate i analiziraju podatke, finalizirajući model.
Zapisivanje podataka
Otvorenost firmvera „pametne cigle“ već je odigrala svoju ulogu: postoje alternativne opcije s podrškom za najpopularnije programske jezike(njih desetine). Uglavnom, korištenje EV3 može se "pričvrstiti" za bilo koji obrazovni projekat vezan za programiranje, jer malo toga je više zadovoljavajuće od prilike da vidite rad vlastitih algoritama "u hardveru".
Mnogi očekuju da bi kamen spoticanja u ovoj priči mogla biti cijena. Zaista, za osnovni set morat ćete platiti 29 rubalja, plus još 900 za punjenje. Međutim, ovaj iznos uključuje dijelove i elektroniku za udoban rad dvoje učenika, kao i potpuni osnovni softver sa 2 gotovih lekcija (koji je od januara 500. potpuno besplatan i za pojedince i za organizacije). Naravno, dodatna oprema i setovi poslova mogu povećati troškove, ali u razumnim granicama. Dakle, komplet za 48 učenika koji uključuje LME EV2016 bazu i komplete resursa, punjače, softver i , koštat će 174 900. Sasvim je prihvatljivo opremiti, na primjer, krug u školi.
Da, znatno je skuplji od jednostavnih platformi sličnih Arduinu. Ali mogućnosti, kao i nivo uključenosti, mnogo su veći. Nastavni plan i program zasnovan na EV3 može se lako planirati za cijelu srednju školu i šire. Osim toga, uz adekvatnu upotrebu, LEGO MINDSTORMS Education EV3 će zbog mehaničkih kvaliteta, lake zamjene i dostupnosti dijelova ubogo "preživjeti" nekoliko jednostavnih kompleta (u mojoj praksi samo jedan RJ-12 kabel zahtijeva zamjenu kod 10-godišnjaka NXT).
Kao rezultat, vidimo gotovo open source projekat podržan od strane gigantske kompanije sa svim bonusima potrebnim u takvoj situaciji - dugim životnim ciklusom, dostupnošću rezervnih dijelova i proširenja, službenim i amaterskim vodičima i razvijenom zajednicom. Mindstorms je postao praktično standard za zapadnjačke časove robotike za djecu, i bilo bi stvarno cool vidjeti da se široko koristi i u Rusiji.
Izbor staze
A sada na ono glavno. Za razliku od WeDo 2.0 kompleta, EV3 je fokusiran na srednju školu, odnosno na stariju djecu, za koje je pitanje izbora budućeg zanimanja već ozbiljnije.
Koristeći EV3, svaki od učenika će moći aktivnije otkriti sposobnosti koje su mu zadate prirodom, odgojem i procesom učenja.
Rođeni matematičar će pomno pratiti telemetriju senzora, kako se tačno bilježi udaljenost koju je prešao robot, kako se bilježi ugao za koji odstupa i tako dalje.
Budući IT stručnjak će, naravno, uroniti u programiranje robota, analizirajući algoritme po kojima se kreće. I zasigurno će kreirati svoje, što nije predviđeno standardnim uputama.
Dijete koje je zaljubljeno u fiziku moći će da izvodi vizualne eksperimente uz pomoć robota, jer setovi nemaju problema sa senzorima, baš kao i dijete sa maštom.
Općenito, bez obzira na interesovanja vašeg djeteta i omiljene predmete u školi, učenje sa MINDSTORMS EV3 kompletima omogućit će im da budu jasnije identificirani i fokusirani na svoj razvoj u budućnosti.
U životu
U ovom trenutku, rješenja kompanije studenti već koriste za kreiranje zanimljivih projekata, kako u okviru raznih takmičenja, tako i za opći razvoj. Određeni broj njih je ove godine propraćen u medijima.
Astrahanski školarci Ruslan Kazimov i Mikhail Gladyshev razvili su robotski simulator za rehabilitaciju zglobova šake na bazi regionalnog tehnoparka.
foto - rg.ru
Učenici osmog razreda proveli su nešto manje od dva mjeseca razvijajući simulator. Oni su svoj projekat predstavili na regionalnoj fazi IX sveruskog takmičenja naučnih i inovativnih projekata u Južnom federalnom okrugu, gde su zauzeli drugo mesto. U budućnosti planiraju kreiranje industrijskog prototipa – zasad programeri nude samo prototip napravljen od obrazovnog robotskog kompleta LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Uređaj duplicira pokrete koje izvodi liječnik - zglobovi počinju raditi, čime se vraća pokretljivost ne samo njih, već i mišićnih grupa. Dok su uređaji povezani preko Bluetooth-a, u budućnosti će komunicirati putem interneta ili Wi-Fi mreže.
Na tržištu postoje analozi takvog uređaja, međutim, uređaj Astrakhan može raditi istovremeno sa zglobovima ramena, zgloba i lakta. Osim toga, prenosiv je i radi na baterije. Postoji i mogućnost daljinskog upravljanja, odnosno pacijent može trenirati bez napuštanja kuće.
Na Svjetskoj olimpijadi robotike 2015 (WRO 2015), ruski tim DRL iz Sankt Peterburga nagrađen je specijalnom nagradom za kreativnost od LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Ruski DRL tim predstavio je projekat CaveBot. Momci iz Sankt Peterburga, pod vodstvom trenera Sergeja Filipova, kreirali su jedinstvenog istraživačkog robota za otkrivanje neistraženih područja u pećinama. Razvoj utiče na različite naučne oblasti, jer jedinstveni robot omogućava izvršavanje zadataka različite složenosti.
Tim je napravio robota za penjanje opremljenog raznim senzorima za otkrivanje objekata kako bi ih istražio. Dobijeni podaci mogu se pretvoriti u 3D modele na računaru.
I 13-godišnji Shubham Banerjee je stvorio Brajevo pismo iz LEGO komada kao dio školskog naučnog projekta. Kasnije, uz učešće njegove porodice, stvoren je startup za lansiranje izuma, koji je dobio finansijsku podršku od tehničke korporacije Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideja da napravi štampač došla je kod Šubama nakon istraživanja Brajevog pisma na internetu. Nakon što je shvatio da štampači na dodir koštaju 2,000 dolara i više, student je odlučio da napravi jeftiniju verziju.
Ubrzo nakon pronalaska, slijepa djeca i njihovi roditelji počeli su kontaktirati Shubhama s jednim zahtjevom - da naprave jeftin Brajev štampač, obećavajući da će ga "kupiti odmah s police".
Kao što vidite, korištenje MINDSTORMS Education EV3 u procesu učenja omogućava učenicima da maksimalno uključe svoju maštu, stvarajući sve više i više novih mehanizama koji ne samo da pomažu u realizaciji ideja ili vizualno izvode bilo kakve eksperimente, već i počinju da odlučuju o njihovoj budućoj profesiji.
Ako imate pitanja o korištenju ovih rješenja u obrazovnom procesu (ili o samim proizvodima), napišite ih u komentarima.
izvor: www.habr.com