imatge - roboconstructor.ru
Una paràbola coneguda diu que quan una mare jove amb un nen als braços es va dirigir al savi i li va preguntar a quina edat havia de començar a criar la seva descendència, la gran va respondre que havia arribat massa tard tants anys com el nen ja havia fet. . Amb l'elecció d'una futura vocació, la situació és força semblant. És difícil exigir a un nen consciència de les pròpies inclinacions i interessos, però ja a l'institut comencen tota mena d'especialitzacions, i en aquest moment estaria bé saber ja en quina direcció s'ha de moure el nen gran. Però una cosa ja sabem gairebé amb certesa: en les properes dècades, del 30 al 80% de les professions estaran totalment automatitzades.
Robòtica, cibernètica, comprensió dels algorismes: el conjunt d'habilitats amb les quals, molt probablement, perspectives tan vagues no amenaçaran una persona. Per descomptat, molt probablement, paral·lelament a la substitució de la mà d'obra per robots, també es desenvoluparà el concepte d'una renda bàsica incondicional, però difícilment voleu un futur així per al vostre fill.
Hi ha moltes maneres de mostrar ràpidament a un públic jove i interessat els conceptes bàsics de programació i robòtica. Tots ells són econòmics, bastant fàcils d'aprendre i en poques hores donen una comprensió dels fonaments bàsics dels algorismes i els conceptes dels dispositius cibernètics. Però a les aules, és fàcil trobar-se amb els inconvenients d'aquestes plataformes: durabilitat limitada (i, per ser sincers, també "resistència idiota") de les plaques de prova, interfícies de programari poc amigables per als nens d'11 a 12 anys, relativament petit. element del "joc".
Totes aquestes mancances s'han combatut durant més de vint anys al fabricant més famós de conjunts educatius, LEGO Education. Estem parlant, és clar, de la plataforma MINDSTORMS Education EV3. A partir del Mindstorms RCX produït a principis dels anys 90 i acabant amb el complex MINDSTORMS Education EV3 més modern, el principi de formar una plataforma segueix sent el mateix. Es basa en un "maó intel·ligent", un microordinador amb una pantalla i ports d'entrada-sortida, al qual estan connectats tots els altres components. Com en qualsevol sistema robòtic, els dispositius perifèrics es divideixen en sensors i efectors. Amb l'ajuda de sensors, el robot percep el món que l'envolta i, gràcies als efectors, hi reacciona d'acord amb el programa programat. Els components de la plataforma es connecten amb cables senzills sense soldar, i les estructures mecàniques només estan limitades per la força de les peces de plàstic i la imaginació dels dissenyadors.
hem considerat les possibilitats d'aquestes solucions en general, però ara volem aprofundir en LEGO MINDSTORMS Education EV3 amb més detall.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 es fa compatible amb peces de Lego Technic. Això vol dir que la plataforma es pot utilitzar per crear una gran varietat de dissenys fins i tot increïbles, des de cotxes senzills i braços robòtics fins a transportadors complexos o fins i tot solucionadors de cubs de Rubik. De fet, qualsevol conjunt de Lego Technic pot convertir-se en una font de peces per a projectes, i no hi haurà cap problema amb la substitució de les peces de recanvi danyades. Sí, no semblen tan brutals com l'antic dissenyador soviètic d'alumini, però a la pràctica resulten fins i tot més forts que els productes metàl·lics. Almenys a la meva col·lecció, que va començar l'any 1993, encara no s'ha descobert ni una peça trencada.
El conjunt educatiu bàsic MINDSTORMS Education EV3 inclou 541 peces de Lego Technic. Es pot comprar com un conjunt de recursos especialitzats com (o el 9648 més antic de la NXT) o només un gran constructor com (2800 parts) o (gairebé 4000 parts) i, després d'haver jugat prou amb el model principal, el va posar als "maons" per a experiments cibernètics. Pel que fa a una peça, Lego supera molt els altres conjunts aquí: només 3-5 rubles per peça.
Bé, si algú té una col·lecció antiga que inclou desenes de milers de detalls, no us haureu de preocupar en absolut pels recursos.
Captura de pantalla del servei Brickset (una base de dades interactiva per als propietaris de constructors de Lego que us permet recollir diverses estadístiques) de l'autor
Tanmateix, això només s'aplica als elements "passius" com ara bigues, rodes o passadors de connexió. Els sensors i efectors, per descomptat, són molt més cars, però n'hi ha més que suficients al kit bàsic. Mindstorms EV3 ve amb tres motors (dos més grans i potents i un servo compacte), un parell de sensors tàctils (una mena de botons "intel·ligents"), sensors d'ultrasons, giroscopi i color (també pot funcionar en mode sensor de llum). A més, s'ha conservat la compatibilitat amb sensors de l'anterior generació de robots Lego Education, Mindstorms NXT (aquests inclouen, per exemple, un sensor de nivell de soroll).
Però tornem al "maó intel·ligent", el cor del sistema. Aquest és realment un "maó" força pesat i voluminós, equipat amb una pantalla LCD monocroma de 178 x 128 (no només mostra el menú, sinó també tot tipus d'imatges personalitzades en el procés) amb un color de llum de fons canviable. Utilitzant cables amb un connector RJ-12 estàndard, s'hi connecten sensors i efectors (fins a quatre dispositius de cada tipus), hi ha una ranura per a microSDHC i un port USB.
Aquest últim es pot utilitzar tant per descarregar els programes reals com per actualitzar el firmware. Tanmateix, el microcontrolador no està privat d'interfícies sense fil, si ho desitja, podeu descarregar programes mitjançant Wi-Fi (cal un mòdul extern) o Bluetooth (incorporat). A més, si muntem un robot controlat a distància, es pot "dirigir" mitjançant la comunicació sense fil des d'un telèfon intel·ligent o tauleta.
Dins del "maó intel·ligent" hi viu un processador ARM de 300 MHz, 16 megabytes de memòria permanent (i per això la targeta és molt útil) i 64 megabytes de memòria RAM. Per molt modestes que semblen aquestes xifres, hi ha una potència més que suficient per executar fins i tot els algorismes més ramificats que vostè o fins i tot un nen podeu escriure en el procés d'aprenentatge. I si el compareu amb el processador de 48 MHz de l'anterior generació NXT, que fa deu anys, el progrés és completament notable. Tanmateix, no es pot dir que NXT es va alentir notablement en el procés de resolució de tasques típiques.
A més, hi ha un quart port per als motors, que en si mateix és una ampliació significativa de la funcionalitat que justifica l'actualització.
El port USB ara admet el mode amfitrió, que us permet no només connectar un adaptador Wi-Fi, sinó també connectar diversos maons EV3 en un robot complex. És cert que el nivell de les tasques al mateix temps esdevé completament "no infantil".
Finalment, MINDSTORMS Education EV3 té suport per a la bateria. En lloc de sis piles AA, podeu instal·lar la bateria d'ió de liti inclosa durant dos amperes-hora i mig. Per descomptat, ningú prohibeix l'ús de bateries eneloop tipus dit, però la necessitat d'eliminar-les per carregar fa que la usabilitat sigui per sota de la mitjana. I pel preu, un parell de conjunts d'eneloop amb un carregador són bastant comparables a una bateria de marca.
Sí, hi ha un altaveu gran i fort que ara no només pot cridar melodies retro de l'era dels 8 bits, sinó que també pot reproduir sons més agradables.
Ara mirem els efectors del conjunt base. Dos d'ells són motors potents, similars als que ja s'utilitzen a la NXT, dispositius oblongs que desenvolupen un parell elevat gràcies a un reductor intern.
En cas de bloquejar el motor, es disposa d'un embragatge mecànic, que comença a lliscar si la fricció és superior a la calculada, per la qual cosa és bastant difícil cremar el motor.
Hi ha un sensor d'angle de rotació amb una resolució d'un grau (el motor indica al controlador en quin angle gira actualment el seu eix) i la capacitat de sincronitzar amb precisió la rotació de tots els motors connectats.
El tercer, l'anomenat M-servo (motor de mida mitjana) produeix tres vegades menys parell, però la seva velocitat de rotació és gairebé el doble.
Pel que fa als sensors, en realitat no cal limitar-se als que ofereix LEGO Education (tot i que estan al sostre per a qualsevol projecte educatiu), diverses empreses de tercers produeixen sensors compatibles i de vegades força exòtics. Codi font complet del firmware i especificacions de maquinari .
Programari
Hem parlat molt de la base de maquinari, però de fet, no només determina l'eficàcia de les classes de robòtica. És la presència de programari realment intuïtiu en múltiples plataformes (Mac, PC, dispositius mòbils) i fa de LEGO MINDSTORMS Education EV3 la plataforma d'aprenentatge escollida, i especialment al moment de l'educació primària i secundària, per als nens de trenta anys.
Pantalla de benvinguda de l'aplicació a l'iPad
La visualització d'algoritmes al programari natiu LEGO MINDSTORMS Education EV3 és simplement al nivell més alt: n'hi ha prou en pocs minuts per aprendre els principals tipus d'interacció dels blocs lògics (condicions de transició, bucle, etc.) i després augmentar gradualment. la complexitat dels programes. Per descomptat, també hi ha projectes de formació ja fets per a desenes de models de robots diferents i, si ho desitgeu, podeu trobar milers de programes interessants a les comunitats en línia.
Programa de mostra a l'aplicació per a iPad
Els usuaris avançats poden instal·lar LabVIEW o RobotC: els "cervells" de LEGO MINDSTORMS Education EV3 són totalment compatibles amb aquests paquets. Aquí, malauradament, no funcionarà exportar projectes antics per a NXT sense una conversió addicional.
Des del punt de vista educatiu, és molt més interessant . Permet conservar quaderns electrònics dels alumnes, gràcies als quals el professor pot avaluar el progrés d'un alumne en concret i fer un seguiment del seu progrés des de la seva versió de l'aplicació. A més, podeu utilitzar no només els materials de formació disponibles a bord del programari (dels quals n'hi ha molts), sinó que també podeu crear el vostre propi mitjançant l'editor de contingut integrat.
Vídeos tutorials de l'Editor de contingut EV3
I a la versió d'escriptori hi ha una utilitat de registre de dades amb la possibilitat de programar àrees de gràfics en funció dels valors de llindar. És a dir, ara un professor pot demostrar fàcilment el treball de les tecnologies modernes dins d'una casa intel·ligent, per exemple.
El microordinador EV3 recopilarà dades dels sensors en temps real i, depenent de la temperatura de fons, executarà un o un altre programa model. A altes temperatures, el ventilador encén, a baixes temperatures, l'escalfador. I els alumnes podran captar i analitzar les dades, finalitzant el model.
Registre de dades
L'obertura del firmware del "maó intel·ligent" ja ha jugat el seu paper: hi ha opcions alternatives amb suport per als llenguatges de programació més populars (dotzenes d'ells). En general, l'ús d'EV3 es pot "enganxar" a qualsevol projecte educatiu relacionat amb la programació, ja que hi ha poc més satisfactori que l'oportunitat de veure el treball dels vostres propis algorismes "en maquinari".
Molts esperen que l'escull d'aquesta història sigui el preu. De fet, per al conjunt bàsic haureu de pagar 29 rubles, més 900 més per pagar la càrrega. Tanmateix, aquesta quantitat inclou peces i electrònica per a la feina còmoda de dos estudiants, així com un programari bàsic complet amb 2 lliçons ja fetes (que des del gener de 500 és totalment gratuït tant per a particulars com per a organitzacions). Per descomptat, equips i conjunts de treball addicionals poden augmentar el cost, però dins del raonament. Així doncs, un kit de 48 estudiants que inclou la base LME EV2016 i kits de recursos, carregadors, programari i , costarà 174. És força acceptable equipar, per exemple, un cercle a l'escola.
Sí, és notablement més car que les plataformes simples semblants a Arduino. Però les oportunitats, així com el nivell d'implicació, són molt més alts. Es pot planificar fàcilment un currículum basat en EV3 per a tota l'escola secundària i més enllà. A més, amb un ús adequat, LEGO MINDSTORMS Education EV3 "sobreviurà" a diversos kits senzills a causa de les qualitats mecàniques, la fàcil substitució i la disponibilitat de peces (a la meva pràctica, només calia substituir un cable RJ-12 en un nen de 10 anys). NXT).
Com a resultat, veiem un projecte gairebé de codi obert recolzat per una empresa gegant amb totes les bonificacions necessàries en aquesta situació: un cicle de vida llarg, la disponibilitat de peces de recanvi i extensions, guies oficials i amateurs i una comunitat desenvolupada. Mindstorms s'ha convertit pràcticament en l'estàndard per a les classes d'educació de robòtica occidental per a nens, i seria genial veure'l àmpliament utilitzat també a Rússia.
Selecció del camí
I ara al principal. A diferència dels conjunts WeDo 2.0, EV3 se centra a l'escola secundària, respectivament, als nens més grans, per als quals la qüestió d'escollir una futura professió ja és més seriosa.
Mitjançant l'EV3, cadascun dels alumnes podrà revelar de manera més activa les habilitats que li van atorgar la naturalesa, la formació i el procés d'aprenentatge.
Un matemàtic nascut controlarà de prop la telemetria dels sensors, com es registra exactament la distància recorreguda pel robot, com es registra l'angle pel qual es desvia, etc.
El futur especialista en informàtica, és clar, s'endinsarà en la programació del robot, analitzant els algorismes pels quals es mou. I sens dubte crearà el seu propi, no previst per la instrucció estàndard.
Un nen aficionat a la física podrà fer experiments visuals amb l'ajuda d'un robot, ja que els conjunts no tenen cap problema amb els sensors, igual que un nen amb imaginació.
En general, siguin quins siguin els interessos i les assignatures preferides del vostre fill a l'escola, l'aprenentatge amb els kits MINDSTORMS EV3 els permetrà identificar-lo més clarament i centrar-se en el seu desenvolupament en el futur.
A la vida
En aquests moments, les solucions de l'empresa ja estan sent utilitzades pels estudiants per crear projectes interessants, tant en el marc de diferents concursos, com per al desenvolupament general. Alguns d'ells han estat tractats als mitjans aquest any.
Els escolars d'Astrakhan Ruslan Kazimov i Mikhail Gladyshev han desenvolupat un simulador de robot per a la rehabilitació de les articulacions de les mans sobre la base d'un tecnoparc regional.
foto - rg.ru
Els alumnes de vuitè van passar una mica menys de dos mesos desenvolupant el simulador. Van presentar el seu projecte a l'etapa regional del IX Concurs de projectes científics i innovadors de tota Rússia al Districte Federal Sud, on van ocupar el segon lloc. En el futur, tenen previst crear un prototip industrial; fins ara, els desenvolupadors només ofereixen un prototip fet a partir del kit de robòtica educativa LEGO MINDSTORMS Education EV3.
El dispositiu duplica els moviments realitzats pel metge: les articulacions comencen a funcionar, restablint així la mobilitat no només d'ells, sinó també dels grups musculars. Mentre els dispositius estan connectats mitjançant Bluetooth, en el futur interactuaran mitjançant Internet o Wi-Fi.
Hi ha anàlegs d'aquest dispositiu al mercat, però, el dispositiu Astrakhan pot funcionar simultàniament amb les articulacions de l'espatlla, el canell i el colze. A més, és portàtil i funciona amb piles. També hi ha la possibilitat de control remot, és a dir, el pacient pot entrenar sense sortir de casa.
A la World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015), l'equip rus DRL de Sant Petersburg va rebre un premi especial a la creativitat de LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
L'equip de DRL rus va presentar el projecte CaveBot. Els nois de Sant Petersburg, sota la guia de l'entrenador Sergey Filippov, van crear un robot d'investigació únic per descobrir zones inexplorades a les coves. El desenvolupament afecta diversos camps científics, ja que un robot únic permet realitzar tasques de diversa complexitat.
L'equip va construir un robot d'escalada equipat amb una varietat de sensors per detectar objectes i explorar-los. Les dades resultants es poden convertir en models 3D en un ordinador.
I Shubham Banerjee, de 13 anys, va crear Braille de peces LEGO com a part d'un projecte de ciència escolar. Posteriorment, amb la participació de la seva família, es va crear una startup per llançar l'invent, que va rebre el suport econòmic de la corporació tècnica Intel.
(Foto: Marcio José Sánchez, AP)
La idea de crear una impressora va sorgir a Shubham després d'investigar el braille a Internet. Després d'adonar-se que les impressores tàctils costaven 2,000 dòlars o més, l'estudiant va decidir fer una versió més barata.
Poc després de la invenció, els nens cecs i els seus pares van començar a contactar amb Shubham amb una única sol·licitud: fer una impressora braille econòmica, prometent "comprar-la directament de la prestatgeria".
Com podeu veure, l'ús de MINDSTORMS Education EV3 en el procés d'aprenentatge permet als alumnes encendre la seva imaginació al màxim, creant cada cop més nous mecanismes que no només ajuden a realitzar idees o realitzar visualment qualsevol experiment, sinó que també comencen a decidir. sobre la seva futura professió.
Si teniu preguntes sobre l'ús d'aquestes solucions en el procés educatiu (o sobre els propis productes), escriu-les als comentaris.
Font: www.habr.com