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Una parábola muy conocida cuenta que cuando una joven madre con un niño en brazos se volvió hacia el sabio y le preguntó a qué edad debía empezar a criar a su descendencia, el anciano respondió que se había retrasado tantos años como ya estaba el niño. . La situación a la hora de elegir una futura vocación es bastante similar. Es difícil exigirle a un bebé que sea consciente de sus inclinaciones e intereses, pero ya en la escuela secundaria comienzan todo tipo de especializaciones, y en ese momento sería bueno saber en qué dirección debe moverse el niño adulto. Pero una cosa que ya sabemos casi con seguridad es que en las próximas décadas, entre el 30 y el 80% de las profesiones estarán completamente automatizadas.
La robótica, la cibernética y la comprensión de algoritmos son un conjunto de habilidades con las que, muy probablemente, una persona no se enfrentará a perspectivas tan vagas. Por supuesto, lo más probable es que, en paralelo con la sustitución de la fuerza laboral por robots, también se desarrolle el concepto de renta básica incondicional, pero es poco probable que usted desee ese futuro para su hijo.
Ahora existen muchas maneras de mostrar rápidamente a un público joven e interesado los conceptos básicos de programación y robótica. Todos ellos son económicos, bastante fáciles de aprender y en unas pocas horas permiten comprender los conceptos básicos de los algoritmos y los conceptos de los dispositivos cibernéticos. Pero en las aulas es fácil encontrar las desventajas de estas plataformas: resistencia limitada al desgaste (y seamos sinceros, también “resistencia idiota”) de las placas de pruebas, interfaces de software que no son muy amigables para niños de 11 a 12 años y un costo relativamente pequeño. Elemento “juego”.
El fabricante más famoso de sets educativos, LEGO Education, lleva más de veinte años luchando contra todas estas deficiencias. Estamos hablando, por supuesto, de la plataforma MINDSTORMS Education EV3. Desde el Mindstorms RCX producido a principios de los años 90 hasta el complejo MINDSTORMS Education EV3 más moderno, el principio de formación de la plataforma sigue siendo el mismo. Se basa en un “ladrillo inteligente”, un microordenador con una pantalla y puertos de E/S al que se conectan todos los demás componentes. Como en cualquier sistema robótico, los dispositivos periféricos se dividen en sensores y efectores. Con la ayuda de sensores, el robot percibe el mundo que lo rodea y, gracias a los efectores, reacciona de acuerdo con el programa programado. Los componentes de la plataforma están conectados entre sí mediante cables simples sin soldadura, y las estructuras mecánicas están limitadas únicamente por la resistencia de las piezas de plástico y la imaginación de los diseñadores.
Consideramos las posibilidades de tales soluciones en general, pero ahora queremos detenernos con más detalle en LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 se hace compatible con piezas de Lego Technic. Esto significa que la plataforma se puede utilizar para crear una amplia variedad e incluso diseños increíbles, desde simples "automóviles" y "manos robóticas" hasta complejos transportadores o incluso "solucionadores de cubos de Rubik". Prácticamente cualquier set de Lego Technic se puede utilizar como fuente de piezas para proyectos y no habrá problemas para reemplazar las piezas de repuesto dañadas. Sí, no parecen tan brutales como los antiguos kits de construcción soviéticos de aluminio, pero en la práctica resultan incluso más resistentes que los productos metálicos. Al menos en mi colección, que comenzó en 1993, todavía no se ha descubierto ni una sola pieza rota.
El conjunto educativo básico MINDSTORMS Education EV3 viene con 541 piezas Lego Technic. Se puede comprar como un conjunto de recursos especializados como (o el antiguo 9648, producido para NXT), o simplemente un constructor de tipos grandes (2800 partes) o (casi 4000 piezas) y, habiendo jugado lo suficiente con el modelo principal, utilizarlo como "ladrillos" para experimentos cibernéticos. En términos de una pieza, Lego está muy por delante de otros conjuntos aquí: solo 3-5 rublos por pieza.
Bueno, si alguien tiene una colección antigua que incluye decenas de miles de piezas, entonces no tendrá que preocuparse en absoluto por los recursos.
Captura de pantalla del servicio Brickset (una base de datos interactiva para propietarios de kits de construcción Lego que les permite recopilar una variedad de estadísticas) del autor
Sin embargo, esto sólo se aplica a elementos "pasivos", como vigas, ruedas o pasadores de conexión. Los sensores y efectores, por supuesto, son mucho más caros, pero en el kit básico hay más que suficientes. Mindstorms EV3 viene completo con tres motores (dos más grandes y potentes y un servo compacto), un par de sensores táctiles (una especie de botones “inteligentes”), sensores ultrasónicos, giroscópicos y de color (también puede funcionar en modo sensor de luz). . Además, se conserva la compatibilidad con los sensores de la generación anterior de robots Lego Education: Mindstorms NXT (incluido, por ejemplo, un sensor de nivel de ruido).
Pero volvamos al “ladrillo inteligente”, el corazón del sistema. De hecho, se trata de un "ladrillo" bastante pesado y voluminoso, equipado con una pantalla LCD monocromática de 178x128 (en ella no solo se muestra el menú, sino también todo tipo de imágenes personalizadas durante el funcionamiento) con un color de retroiluminación cambiable. Utilizando cables con un conector RJ-12 estándar, se le conectan sensores y efectores (hasta cuatro dispositivos de cada tipo), hay una ranura para microSDHC y un puerto USB.
Este último se puede utilizar tanto para descargar los propios programas como para actualizar el firmware. Sin embargo, el microcontrolador no está privado de interfaces inalámbricas, si lo desea, puede descargar programas a través de Wi-Fi (requiere un módulo externo) o Bluetooth (integrado). Además, si estamos montando un robot controlado remotamente, podemos “dirigirlo” mediante comunicación inalámbrica desde un teléfono inteligente o tableta.
Dentro del “ladrillo inteligente” se encuentra un procesador ARM de 300 MHz, 16 megabytes de memoria permanente (y por eso la tarjeta es útil) y 64 megabytes de RAM. No importa cuán modestos puedan parecer estos números, hay poder más que suficiente para ejecutar incluso los algoritmos más extensos que usted, o más aún un niño en el proceso de aprendizaje, pueda escribir. Y si lo comparas con el procesador de 48 MHz de la generación anterior NXT, que recientemente cumplió diez años, el progreso es bastante notorio. Sin embargo, no se puede decir que NXT ralentice notablemente el proceso de resolución de problemas típicos.
Además, apareció un cuarto puerto para motores, lo que en sí mismo es una importante ampliación de funcionalidad que justifica la actualización.
El puerto USB ahora admite el modo host, lo que le permite no solo conectar un adaptador Wi-Fi, sino también conectar varios bloques EV3 en un robot complejo. Es cierto que el nivel de las tareas se vuelve completamente "no infantil".
Finalmente, MINDSTORMS Education EV3 ahora tiene soporte para batería. En lugar de seis baterías AA, puede instalar la batería de iones de litio incluida durante dos horas y media amperios. Por supuesto, nadie prohíbe el uso de baterías AA tipo Eneloop, pero la necesidad de quitarlas para cargarlas hace que la usabilidad esté por debajo del promedio. Y el precio de un par de kits eneloop con cargador es bastante comparable al de una batería de marca.
Oh, sí, hay un altavoz grande y potente que ahora no sólo puede reproducir melodías retro de la era de los 8 bits, sino también reproducir sonidos más agradables.
Ahora veamos los efectores del conjunto básico. Dos de ellos son potentes motores similares a los que ya se utilizan en NXT, dispositivos alargados que desarrollan un par importante gracias a un engranaje reductor interno.
En caso de que el motor esté bloqueado, se proporciona un embrague mecánico, que comienza a patinar si la fricción es mayor que la calculada, por lo que es bastante difícil quemar el motor.
Hay un sensor de ángulo de rotación con una resolución de un grado (el motor le dice al controlador en qué ángulo está girando actualmente su eje) y la capacidad de sincronizar con precisión la rotación de todos los motores conectados.
El tercer servoaccionamiento M (motor de tamaño medio) produce tres veces menos par, pero su velocidad de rotación es casi el doble.
En cuanto a los sensores, no es necesario limitarse a los que ofrece LEGO Education (aunque están por las nubes para cualquier proyecto educativo), varias empresas de terceros producen sensores compatibles y, a veces, bastante exóticos. Código fuente del firmware y especificaciones de hardware completas .
Software
Hemos hablado mucho de hardware, pero en realidad no es lo único que determina la eficacia de las clases de robótica. Es la presencia de software verdaderamente intuitivo en múltiples plataformas (Mac, PC, dispositivos móviles) y convierte a LEGO MINDSTORMS Education EV3 en la plataforma preferida para el aprendizaje, especialmente entre la escuela primaria y secundaria, para niños de diez años.
Pantalla de bienvenida de la aplicación en iPad
La visualización de algoritmos en el software nativo LEGO MINDSTORMS Education EV3 está simplemente en el nivel más alto: en solo unos minutos es suficiente dominar los principales tipos de interacción de bloques lógicos (condiciones de transición, bucle, etc.) y luego aumentar gradualmente la complejidad de los programas. Por supuesto, existen proyectos educativos ya preparados para decenas de modelos diferentes de robots y, si lo desea, puede encontrar miles de programas interesantes en las comunidades en línea.
Programa de ejemplo en una aplicación para iPad
Los usuarios avanzados pueden instalar LabVIEW o RobotC; los "cerebros" de LEGO MINDSTORMS Education EV3 son totalmente compatibles con estos paquetes. Desafortunadamente, no será posible exportar proyectos antiguos para NXT sin una conversión adicional.
Desde el punto de vista educativo, es de mucho mayor interés . Permite mantener cuadernos electrónicos para los estudiantes, gracias a los cuales el docente puede evaluar el éxito de un estudiante en particular desde su versión de la aplicación y monitorear su progreso. Además, puede utilizar no sólo los materiales educativos disponibles en el software (que hay muchos), sino también crear los suyos propios utilizando el editor de contenido integrado.
Vídeos tutoriales del Editor de contenido EV3
La versión de escritorio también tiene una utilidad de registro de datos con la capacidad de programar áreas de gráficos según los valores de umbral. Es decir, ahora un profesor puede demostrar fácilmente el funcionamiento de las tecnologías modernas dentro de una casa inteligente, por ejemplo.
La microcomputadora EV3 recopilará datos de los sensores en tiempo real y, dependiendo de la temperatura de fondo, iniciará uno u otro programa modelo. Cuando la temperatura es alta, se enciende el ventilador y cuando la temperatura es baja, se enciende el calentador. Y los estudiantes podrán registrar y analizar datos, finalizando el modelo.
Registro de datos
La apertura del firmware del "ladrillo inteligente" ya ha desempeñado su papel: existen opciones alternativas que admiten los lenguajes de programación más populares (docenas de ellos). En general, el uso de EV3 se puede “acoplar” a cualquier proyecto educativo relacionado con la programación, ya que pocas cosas son tan placenteras como la oportunidad de ver el trabajo de los propios algoritmos “en hardware”.
Muchos esperan que el obstáculo de esta historia sea el precio. De hecho, por el conjunto Básico tendrás que pagar 29 rublos, más otros 900 por la carga. Sin embargo, esta cantidad incluye repuestos y electrónica para el trabajo cómodo de dos estudiantes, así como un software básico completo con 2 lecciones listas para usar (que desde enero de 500 es completamente gratuito tanto para individuos como para organizaciones). Por supuesto, el equipo adicional y los kits de misión pueden aumentar el costo, pero dentro de lo razonable. Entonces, un kit para 48 estudiantes, que incluye conjuntos básicos y de recursos LME EV2016, cargadores, software y , costará 174 900. Es bastante aceptable para equipar, por ejemplo, un círculo en la escuela.
Sí, es notablemente más caro que las plataformas simples tipo Arduino. Pero las oportunidades, así como el nivel de implicación, son mucho mayores. El plan de estudios basado en EV3 se puede planificar de forma segura durante la escuela secundaria y más allá. Además, con un uso adecuado de LEGO MINDSTORMS Education EV3, simplemente “sobrevivirá” a varios kits simples debido a sus cualidades mecánicas, fácil reemplazo y disponibilidad de piezas (en mi práctica, solo un cable RJ-12 requirió reemplazo en los 10 años). antiguo NXT).
Como resultado, vemos un proyecto casi de código abierto respaldado por una empresa gigante con todas las ventajas necesarias en tal situación: un largo ciclo de vida, disponibilidad de repuestos y extensiones, guías oficiales y de aficionados, una comunidad desarrollada. Mindstorms se ha convertido casi en un estándar en las clases de robótica educativa para niños occidentales, y sería genial verlo ampliamente adoptado en Rusia.
Elección de ruta
Y ahora a lo principal. A diferencia de los equipos WeDo 2.0, EV3 está dirigido a estudiantes de secundaria y, por tanto, a niños mayores, para quienes la cuestión de elegir una futura profesión es más seria.
Con EV3, cada estudiante podrá revelar más activamente las habilidades que le fueron inherentes por naturaleza, educación y proceso educativo.
Un matemático nato seguirá de cerca la telemetría de los sensores, cómo se registra exactamente la distancia recorrida por el robot, cómo se registra el ángulo en el que se desvía, etc.
El futuro informático, por supuesto, se sumergirá en la programación del robot, analizando los algoritmos mediante los cuales se mueve. Y seguramente creará el suyo propio, que no está previsto en las instrucciones estándar.
Un niño apasionado por la física podrá realizar experimentos visuales con la ayuda de un robot; afortunadamente, los sets no tienen problemas con los sensores, al igual que el niño no tiene problemas con la imaginación.
En general, no importa cuáles sean los intereses y las materias favoritas de su hijo en la escuela, aprender con los sets MINDSTORMS EV3 le permitirá destacarse más claramente y centrarse en su desarrollo en el futuro.
En la vida
Actualmente, los estudiantes ya utilizan las soluciones de la empresa para crear proyectos interesantes, tanto en el marco de diversos concursos como para el desarrollo general. Los medios de comunicación escribieron sobre varios de ellos este año.
Los escolares de Astracán Ruslan Kazimov y Mikhail Gladyshev, que trabajan en el parque tecnológico regional, desarrollaron un simulador robótico para la rehabilitación de las articulaciones de las manos.
foto - rg.ru
Los alumnos de octavo grado dedicaron poco menos de dos meses a desarrollar el simulador. Presentaron su proyecto en la etapa regional del IX Concurso Panruso de proyectos científicos e innovadores en el Distrito Federal Sur, donde obtuvieron el segundo lugar. En el futuro, planean crear un prototipo industrial; por ahora, los desarrolladores solo ofrecen un prototipo hecho del conjunto de robótica educativa LEGO MINDSTORMS Education EV3.
El dispositivo duplica los movimientos realizados por el médico: las articulaciones comienzan a funcionar, restaurando así la movilidad no solo de ellas, sino también de los grupos de músculos. Si bien los dispositivos están conectados a través de Bluetooth, en el futuro se comunicarán mediante Internet o Wi-Fi.
Hay análogos de un dispositivo de este tipo en el mercado, pero el dispositivo Astrakhan puede funcionar simultáneamente con las articulaciones del hombro, la muñeca y el codo. Además, es portátil y funciona con pilas. También existe la posibilidad de control remoto, es decir, el paciente puede entrenar sin salir de casa.
En la Olimpiada Mundial de Robótica 2015 (WRO 2015), el equipo ruso DRL de San Petersburgo recibió un premio especial a la creatividad de LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
El equipo ruso DRL presentó el proyecto CaveBot. Los chicos de San Petersburgo, bajo la dirección del entrenador Sergei Filippov, crearon un robot explorador único para descubrir áreas inexploradas en las cuevas. El desarrollo abarca varios campos científicos, ya que este robot único permite realizar tareas de diversa complejidad.
El equipo construyó un robot trepador equipado con varios sensores para detectar objetos para su posterior exploración. Los datos resultantes se pueden convertir en modelos 3D en una computadora.
Y Shubham Banerjee, de 13 años, creó Braille elaborado con piezas de LEGO para un proyecto de ciencias escolar. Posteriormente, con la participación de su familia, se creó una startup para lanzar el invento, que recibió apoyo financiero de la corporación tecnológica Intel.
(Foto: Marcio José Sánchez, AP)
La idea de crear una impresora se le ocurrió a Shubham después de investigar sobre Braille en Internet. Al darse cuenta de que las impresoras de mecanografía costaban 2,000 dólares o más, el estudiante decidió hacer una versión más barata.
Poco después de la invención, los niños ciegos y sus padres comenzaron a contactar a Shubham con una única solicitud: fabricar una impresora Braille económica, prometiendo "comprarla inmediatamente".
Como puede ver, el uso de MINDSTORMS Education EV3 en el proceso de aprendizaje permite a los estudiantes usar su imaginación al máximo, creando cada vez más mecanismos nuevos que no solo ayudan a realizar ideas o realizar visualmente cualquier experimento, sino que también comienzan a decidir sobre su futura profesión.
Si tienes dudas sobre el uso de estas soluciones en el proceso educativo (o sobre los productos en sí), escríbelas en los comentarios.
Fuente: habr.com