imagen — roboconstructor.ru
Una conocida parábola dice que, cuando una joven madre se acercó a un sabio con su hijo en brazos y le preguntó a qué edad debía comenzar a educarlo, el anciano respondió que ya había llegado tarde tantos años como tenía el niño. La situación con la elección de una futura vocación es bastante similar. Es difícil esperar que un bebé sea consciente de sus inclinaciones e intereses, pero en la escuela secundaria ya comienzan a surgir diversas especializaciones, y para entonces sería bueno saber hacia qué dirección debe orientarse el joven. Pero una cosa ya sabemos casi con seguridad: en las próximas décadas, entre el 30 y el 80 % de los empleos estarán completamente automatizados.
La robótica, la cibernética y la comprensión de algoritmos son el conjunto de habilidades que, probablemente, no amenazarán a una persona con perspectivas tan vagas. Por supuesto, es muy probable que, paralelamente al reemplazo de la fuerza laboral por robots, también se desarrolle el concepto de ingreso básico universal, pero dudo que desees un futuro así para tu hijo.
Actualmente existen muchos métodos para enseñar rápidamente a una audiencia joven e interesada los fundamentos de la programación y la robótica. Todos ellos son asequibles, bastante fáciles de aprender y, en pocas horas, proporcionan una comprensión básica de los algoritmos y conceptos de dispositivos cibernéticos. Sin embargo, en las aulas se pueden encontrar desventajas de estas plataformas: la limitada durabilidad (y qué ocultar, la 'resistencia a la idiotez' también) de las placas prototipo, interfaces de software no muy amigables para niños de 11-12 años y un elemento de 'juego' relativamente pequeño.
Con todos estos inconvenientes, la compañía más reconocida en la fabricación de kits educativos, LEGO Education, ha estado luchando durante más de veinte años. Nos referimos, por supuesto, a la plataforma MINDSTORMS Education EV3. Desde los Mindstorms RCX producidos a principios de los años 90 hasta el conjunto más moderno MINDSTORMS Education EV3, el principio de formación de la plataforma se ha mantenido igual. En su núcleo se encuentra el "ladrillo inteligente" (“intelligent brick”), que es un microordenador con pantalla y puertos de entrada y salida, al que se conectan todos los demás componentes. Al igual que en cualquier sistema robótico, los dispositivos periféricos se dividen en sensores y efectores. Los sensores permiten que el robot perciba el mundo que lo rodea, mientras que los efectores responden a él según el programa preestablecido. Los componentes de la plataforma se conectan entre sí mediante cables simples sin necesidad de soldadura, y las construcciones mecánicas están limitadas únicamente por la resistencia de las piezas de plástico y la creatividad de los constructores.
, analizamos las posibilidades de tales soluciones en general y ahora queremos centrarnos más en LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 es compatible con las piezas de Lego Technic. Esto significa que la plataforma se puede usar para crear una amplia variedad de construcciones, desde simples "coches" y "manos robóticas" hasta complejas líneas de ensamblaje o incluso "resolutores" de cubos de Rubik. De hecho, cualquier kit de Lego Technic puede convertirse en una fuente de piezas para proyectos, y no habrá problemas para reemplazar las piezas dañadas. Sí, no lucen tan robustas como el antiguo constructor de aluminio soviético, pero en la práctica son incluso más resistentes que los productos metálicos. Al menos en mi colección, que comenzó en 1993, aún no he encontrado ninguna pieza rota.
El kit básico educativo MINDSTORMS Education EV3 incluye 541 piezas de Lego Technic. Se puede adquirir un kit de recursos especializado como (o el más antiguo 9648, que se fabricó para NXT), así como un gran constructor como (2800 piezas) o (casi 4000 piezas), y después de jugar mucho con el modelo principal, desmantelarlo para utilizar las piezas en experimentos cibernéticos. En términos de costo por pieza, Lego aquí tiene una gran ventaja sobre otros kits – sólo 3-5 rublos por pieza.
Pero si alguien todavía tiene una antigua colección que incluye decenas de miles de piezas, no tendrá que preocuparse por los recursos en absoluto.
Captura de pantalla del servicio Brickset (una base de datos interactiva para propietarios de sets de Lego que permite recopilar diversas estadísticas) del autor
Sin embargo, esto solo se aplica a elementos «pasivos» como vigas, ruedas o pines de conexión. Los sensores y actuadores, por supuesto, son significativamente más caros, pero en el kit básico hay más que suficientes. Mindstorms EV3 viene con tres motores (dos más grandes y potentes y uno compacto), un par de sensores de contacto (una especie de «botones inteligentes»), sensores ultrasónicos, giroscópicos y de color (este último también puede funcionar en modo sensor de luz). Además, se ha mantenido la compatibilidad con los sensores de la generación anterior de robots Lego Education – Mindstorms NXT (incluyendo, por ejemplo, el sensor de nivel de ruido).
Pero volvamos al «ladrillo inteligente», el corazón del sistema. Es realmente un «ladrillo» bastante pesado y voluminoso, equipado con una pantalla LCD monocromática de 178x128 (en la que se muestra no solo el menú, sino también diversas imágenes personalizadas durante su funcionamiento) con retroiluminación de color ajustable. A él se conectan sensores y actuadores (hasta cuatro dispositivos de cada tipo) mediante cables con conector estándar RJ-12, y cuenta con una ranura para microSDHC y un puerto USB.
Este último se puede utilizar tanto para cargar los programas como para actualizar el firmware. Sin embargo, el microcontrolador también está equipado con interfaces inalámbricas; si se desea, se pueden cargar programas a través de Wi-Fi (se necesita un módulo externo) o Bluetooth (incorporado). Además, si estamos construyendo un robot con control remoto, se puede «guiar» utilizando la conexión inalámbrica con un smartphone o tablet.
Dentro del "ladrillo inteligente" vive un procesador ARM de 300 megahercios, 16 megabytes de memoria permanente (y aquí es donde será útil la tarjeta) y 64 megabytes de RAM. Por muy modestas que parezcan estas cifras, son más que suficientes para ejecutar incluso los algoritmos más complejos que tanto usted como, especialmente, un niño durante el aprendizaje, puedan crear. Y si lo comparamos con el procesador de 48 megahercios de la generación anterior NXT, que recientemente cumplió diez años, el progreso es evidente. Sin embargo, no se puede decir que el NXT haya ralentizado significativamente el proceso de resolución de tareas estándar.
Además, se agregó un cuarto puerto para motores, lo que es una expansión significativa de la funcionalidad que justifica la actualización.
El puerto USB ahora soporta el modo host, lo que permite no solo conectar un adaptador Wi-Fi, sino también conectar varios bloques EV3 en un solo robot complejo. Sin embargo, el nivel de las tareas se vuelve completamente "no infantil".
Por fin, MINDSTORMS Education EV3 ha adquirido soporte para alimentación por batería. En lugar de seis pilas AA, se puede instalar la batería de iones de litio que viene incluida, con más de dos amperios-hora. Por supuesto, nadie impide el uso de baterías tipo eneloop, pero la necesidad de sacarlas para cargarlas empeora la usabilidad. Además, el precio de un par de juegos de eneloop con cargador es comparable al de la batería original.
Ah, sí, hay un altavoz grande y ruidoso, que ahora no solo puede emitir melodías retro de la era de 8 bits, sino también reproducir sonidos más agradables.
Ahora veamos los efectores del kit básico. Dos de ellos son motores potentes, similares a los ya usados en el NXT, dispositivos alargados que desarrollan un notable par de torsión gracias a su engranaje reductor interno.
En caso de bloqueo del motor, hay un fricción mecánica que empieza a patinar si la fricción supera lo calculado, por lo que es bastante difícil quemar el motor.
Hay un sensor de ángulo de giro con una resolución de un grado (el motor informa al controlador sobre el ángulo en el que su eje está actualmente girado) y la capacidad de sincronizar con precisión la rotación de todos los motores conectados.
El tercer motor, conocido como servomotor M (motor de tamaño medio), produce un par de torsión tres veces menor, pero su velocidad de rotación es casi el doble.
En cuanto a los sensores, en realidad no es necesario limitarse a los que ofrece LEGO Education (aunque son más que suficientes para cualquier proyecto educativo); varias empresas externas fabrican sensores compatibles y, a veces, bastante exóticos. El código fuente del firmware y las especificaciones de hardware son completamente .
Software
Hemos hablado mucho sobre la base de hardware, pero en realidad no solo ella determina la eficacia de las clases de robótica. La disponibilidad de un software realmente intuitivo en múltiples plataformas (Mac, PC, dispositivos móviles) y hace de LEGO MINDSTORMS Education EV3 la plataforma preferida en la enseñanza, especialmente en la transición de la educación primaria a la secundaria, para niños de alrededor de diez años.
Pantalla de bienvenida de la aplicación en iPad
La visualización de algoritmos en el software nativo de LEGO MINDSTORMS Education EV3 está a un nivel excepcional. Es suficiente dominar en solo unos minutos las principales formas de interacción de los bloques lógicos (condiciones de transición, bucles, etc.) y luego aumentar gradualmente la complejidad de los programas. Por supuesto, también existen proyectos educativos listos para decenas de modelos de robots, y si se desea, se pueden encontrar miles de programas interesantes en comunidades de internet.
Ejemplo de programa en la aplicación para iPad
Los usuarios avanzados pueden instalar LabVIEW o RobotC: el "cerebro" de LEGO MINDSTORMS Education EV3 es completamente compatible con estos paquetes. Lamentablemente, no se puede exportar proyectos antiguos para NXT sin conversión adicional.
Desde un punto de vista educativo, es de mucho mayor interés la . Esta permite mantener cuadernos electrónicos de los alumnos, gracias a los cuales el profesor puede evaluar el progreso de un alumno en su propia versión de la aplicación y observar su avance. Además, no solo se pueden utilizar los materiales didácticos que vienen con el software (que son muchos), sino también crear contenido propio mediante el editor integrado.
Videos educativos sobre el uso del editor de contenido EV3
Además, en la versión de escritorio hay una utilidad de registro de datos con la posibilidad de programar áreas del gráfico en función de valores umbral. Es decir, ahora el educador puede demostrar fácilmente el funcionamiento de las tecnologías modernas en el marco de un hogar inteligente, por ejemplo.
El microordenador EV3 recogerá datos de los sensores en tiempo real y, dependiendo del fondo térmico, iniciará uno u otro programa del modelo. A alta temperatura se activa el ventilador, mientras que a baja se enciende el calefactor. Y los estudiantes podrán registrar y analizar los datos, refinando el modelo.
Registro de datos
La apertura del firmware del "ladrillo inteligente" ya ha cumplido su papel: existen opciones alternativas que soportan la mayoría de los lenguajes de programación populares (decenas de ellos). En términos generales, el uso de EV3 se puede "integrar" en cualquier proyecto educativo relacionado con la programación, ya que poco hay tan gratificante como ver el funcionamiento de sus propios algoritmos "en hardware".
Muchos esperan que el precio sea un obstáculo en esta historia. De hecho, por el conjunto básico se deberán pagar 29,900 rublos, además de 2,500 por el cargador. Sin embargo, esta suma incluye piezas y electrónica para el trabajo confortable de dos alumnos, así como un software básico completo con 48 lecciones listas (que desde enero de 2016 es completamente gratuito, tanto para particulares como para organizaciones). Por supuesto, el equipo adicional y los conjuntos de tareas pueden aumentar el costo, pero dentro de límites razonables. Así, un conjunto para 8 estudiantes, que incluye conjuntos básicos y de recursos LME EV3, cargadores, software y , tendrá un costo de 174,900. Muy razonable para equipar, por ejemplo, un club en una escuela.
Sí, es notablemente más caro que las plataformas simples similares a Arduino. Pero también las posibilidades y el nivel de involucramiento son mucho mayores. El programa educativo basado en EV3 se puede planificar tranquilamente para toda la escuela secundaria y más allá. Además, con un uso adecuado, LEGO MINDSTORMS Education EV3 simplemente "sobrevivirá" a varios conjuntos simples gracias a sus cualidades mecánicas, fácil reemplazo y disponibilidad de piezas (en mi experiencia, solo un cable RJ-12 requirió reemplazo en el NXT de 10 años).
Al final, vemos un proyecto prácticamente de código abierto, respaldado por una empresa gigante con todos los beneficios que se esperan en una situación como esta: un ciclo de vida largo, disponibilidad de piezas y extensiones, guías oficiales y amateurs, y una comunidad activa. Mindstorms se ha convertido prácticamente en el estándar de las clases educativas de robótica para niños en Occidente, y sería realmente genial ver su amplia difusión también en Rusia.
Selección de camino
Y ahora, vamos a lo principal. A diferencia de los kits WeDo 2.0, el EV3 está orientado a la escuela secundaria, por lo que está dirigido a niños mayores, para quienes la cuestión de elegir una futura profesión es más seria.
Usando el EV3, cada alumno podrá desarrollar más activamente las habilidades que le ha otorgado la naturaleza, la crianza y el proceso de aprendizaje.
Un matemático nato seguirá de cerca la telemetría de los sensores, observando cómo se registra la distancia recorrida por el robot, cómo se anota el ángulo en el que se desvía, entre otros aspectos.
Un futuro experto en TI, por supuesto, se sumergirá en la programación del robot, analizando los algoritmos por los cuales se mueve. Y no dejará de crear los suyos, que no están contemplados en las instrucciones estándar.
Un niño entusiasta de la física podrá llevar a cabo experimentos visuales con la ayuda del robot, ya que no hay problemas con los sensores en los kits, al igual que tampoco los hay con la imaginación del niño.
En resumen, independientemente de los intereses y materias favoritas de un niño en la escuela, el aprendizaje utilizando los kits MINDSTORMS EV3 permitirá destacarlos más claramente y concentrarse en su desarrollo futuro.
En la vida
En este momento, las soluciones de la empresa ya están siendo utilizadas por estudiantes para crear proyectos interesantes, tanto en el marco de diversos concursos como para el desarrollo general. Algunos de ellos han sido cubiertos por los medios de comunicación este año.
Los estudiantes de Astracán, Ruslán Kazimov y Mijaíl Gladyshev, han desarrollado un robot de entrenamiento para la rehabilitación de las articulaciones de las manos en la base del parque tecnológico regional.
foto — rg.ru
Los estudiantes de octavo grado dedicaron poco menos de dos meses al desarrollo del simulador. Presentaron su proyecto en la etapa regional del IX Concurso Nacional de Proyectos Científico-Innovadores en el Sur de Rusia, donde obtuvieron el segundo lugar. En el futuro, planean crear un modelo industrial; por ahora, los desarrolladores ofrecen solo un prototipo hecho de un kit robótico educativo LEGO MINDSTORMS Education EV3.
El dispositivo duplica los movimientos realizados por el médico; las articulaciones comienzan a trabajar, restaurando la movilidad no solo de ellas, sino también de grupos musculares. Actualmente, los dispositivos están conectados a través de Bluetooth, pero en el futuro se comunicarán a través de internet o Wi-Fi.
Existen análogos de este dispositivo en el mercado, sin embargo, el aparato astracán puede trabajar simultáneamente con las articulaciones del hombro, muñeca y codo. Además, es portátil y funciona con batería. También hay posibilidad de control remoto, lo que permite al paciente entrenar sin salir de casa.
En la Olimpiada Mundial de Robótica 2015 (WRO 2015), el equipo ruso DRL de San Petersburgo fue galardonado con un premio especial por creatividad de la empresa LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
El equipo ruso DRL presentó el proyecto CaveBot. Los chicos de San Petersburgo, bajo la dirección del entrenador Sergey Filippov, crearon un robot explorador único para detectar áreas inexploradas en cuevas. El desarrollo abarca diversas áreas científicas, ya que el robot único permite realizar tareas de diversa complejidad.
El equipo construyó un robot escalador equipado con varios sensores para detectar objetos con el fin de estudiarlos posteriormente. Los datos obtenidos pueden convertirse en modelos 3D en el ordenador.
Y el joven Shubham Banerjee, de 13 años, creó de Braille a partir de piezas de LEGO como parte de un proyecto escolar de ciencia. Posteriormente, con la participación de su familia, se creó una startup para lanzar su invención, que recibió apoyo financiero de la corporación técnica Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
La idea de crear la impresora le vino a Shubham tras investigar sobre el Braille en internet. Al darse cuenta de que las impresoras de impresión para ciegos costaban desde $2,000 o más, el estudiante decidió hacer una versión más económica.
Poco después de su invención, los niños ciegos y sus padres empezaron a contactar a Shubham con una sola solicitud: crear una impresora Braille asequible, prometiendo "comprarla directamente del estante".
Como pueden ver, el uso de MINDSTORMS Education EV3 en el proceso de aprendizaje permite a los estudiantes aprovechar al máximo su imaginación, creando nuevos mecanismos que no solo ayudan a llevar a cabo ideas o realizar experimentos de manera visual, sino que también les permiten empezar a definir su futura profesión.
Si tienen preguntas sobre el uso de estas soluciones en el proceso educativo (o sobre los propios productos), no duden en dejarlas en los comentarios.
Fuente: habr.com
