kuva – roboconstructor.ru
Tunnettu vertaus kertoo, että kun nuori äiti lapsi sylissään kääntyi viisaan puoleen ja kysyi, minkä ikäisenä hänen pitäisi aloittaa jälkeläisten kasvattaminen, vanha mies vastasi, että hän oli myöhässä niin monta vuotta kuin lapsi oli jo. . Tilanne tulevan ammatin valinnassa on melko samanlainen. Vauvalta on vaikea vaatia tietoisuutta taipumuksista ja kiinnostuksen kohteista, mutta jo lukiossa alkaa kaikenlaiset erikoistumiset, ja tähän mennessä olisi kiva tietää, mihin suuntaan aikuista lasta liikuttaa. Mutta yksi asia, jonka tiedämme jo lähes varmasti, on se, että seuraavien vuosikymmenien aikana 30–80 % ammateista tulee täysin automatisoitumaan.
Robotiikka, kybernetiikka ja algoritmien ymmärtäminen ovat joukko taitoja, joilla henkilö ei todennäköisesti kohtaa niin epämääräisiä näkymiä. Tietysti todennäköisimmin työvoiman korvaamisen kanssa roboteilla kehittyy myös käsitys ehdottomasta perustulosta, mutta on epätodennäköistä, että haluat lapsellesi sellaista tulevaisuutta.
Nyt on monia tapoja näyttää nuorelle ja kiinnostuneelle yleisölle nopeasti ohjelmoinnin ja robotiikan perusteet. Kaikki ne ovat edullisia, melko helppo oppia ja tarjoavat muutamassa tunnissa ymmärryksen kyberneettisten laitteiden algoritmien ja käsitteiden perusteista. Mutta luokkahuoneissa on helppo kohdata näiden alustojen haitat - leipälevyjen rajoitettu kulutuskestävyys (ja sanotaanpa se, "idioottikestävyys"), ohjelmistoliitännät, jotka eivät ole kovin ystävällisiä 11-12-vuotiaille lapsille, ja suhteellisen pieni. "peli" elementti.
Tunnetuin opetussarjojen valmistaja LEGO Education on kamppaillut kaikkien näiden puutteiden kanssa yli kaksikymmentä vuotta. Puhumme tietysti MINDSTORMS Education EV3 -alustasta. Alustan muodostusperiaate pysyy samana 90-luvun alussa valmistetusta Mindstorms RCX:stä nykyaikaisimpaan MINDSTORMS Education EV3 -kompleksiin. Se perustuu "älykkääseen tiileen", mikrotietokoneeseen, jossa on näyttö ja I/O-portit, joihin kaikki muut komponentit on kytketty. Kuten missä tahansa robottijärjestelmässä, oheislaitteet on jaettu antureiksi ja efektoreihin. Antureiden avulla robotti havaitsee ympäröivän maailman ja reagoi siihen effektoreiden ansiosta ohjelmoidun ohjelman mukaisesti. Lavan komponentit liitetään yhteen yksinkertaisilla kaapeleilla ilman juottamista, ja mekaanisia rakenteita rajoittaa vain muoviosien lujuus ja suunnittelijoiden mielikuvitus.
Pohdimme tällaisten ratkaisujen mahdollisuuksia yleisesti, mutta nyt haluamme viipyä tarkemmin LEGO MINDSTORMS Education EV3:ssa.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 on tehty yhteensopivaksi Lego Technic -osien kanssa. Tämä tarkoittaa, että alustalla voidaan luoda monenlaisia ja jopa uskomattomia malleja yksinkertaisista "autoista" ja "robottikäsistä" monimutkaisiin kuljettimiin tai jopa "Rubikin kuution ratkaisijoihin". Käytännössä mitä tahansa Lego Technic -sarjaa voidaan käyttää osien lähteenä projekteihin, eikä vaurioituneiden varaosien vaihtaminen aiheuta ongelmia. Kyllä, ne eivät näytä niin julmilta kuin vanha Neuvostoliiton alumiininen rakennussarja, mutta käytännössä ne osoittautuvat jopa metallituotteita vahvemmiksi. Ainakaan vuonna 1993 alkaneesta kokoelmastani ei ole vielä löydetty yhtään rikkinäistä osaa.
MINDSTORMS Education EV3 Basic Educational Setissä on 541 Lego Technic -osaa. Voidaan ostaa erikoistuneena resurssisarjana, kuten (tai vanhempi 9648, valmistettu NXT:lle), tai vain iso tyyppinen konstruktori (2800 osaa) tai (lähes 4000 osaa), ja pelattuaan tarpeeksi päämallilla, käyttää sitä "palikana" kyberneettisiin kokeisiin. Yhden kappaleen suhteen Lego on täällä paljon muita sarjoja edellä - vain 3-5 ruplaa kappaleelta.
No, jos jollain on vanha kokoelma, joka sisältää kymmeniä tuhansia osia, sinun ei tarvitse huolehtia resursseista ollenkaan.
Kuvakaappaus Brickset-palvelusta (interaktiivinen tietokanta Lego-rakennussarjojen omistajille, jonka avulla voit kerätä erilaisia tilastoja) kirjoittajalta
Tämä koskee kuitenkin vain "passiivisia" elementtejä, kuten palkkeja, pyöriä tai liitosnappeja. Anturit ja efektorit ovat tietysti paljon kalliimpia, mutta perussarjassa niitä on enemmän kuin tarpeeksi. Mindstorms EV3:ssa on kolme moottoria (kaksi suurempaa ja tehokkaampaa ja yksi kompakti servo), pari kosketusanturia (eräänlaisia "älykkäitä" painikkeita), ultraääni-, gyroskooppi- ja värianturit (voi toimia myös valoanturitilassa) . Lisäksi yhteensopivuus aiempien Lego Education -robottien Mindstorms NXT -robottien antureiden kanssa säilyy (tämä sisältää esimerkiksi melutasoanturin).
Mutta palataanpa "älykkääseen tiileen", järjestelmän ytimeen. Tämä on todellakin melko painava ja tilava "tiili", joka on varustettu 178x128 yksivärisellä LCD-näytöllä (sillä ei näytetä vain valikkoa, vaan myös kaikenlaisia mukautettuja kuvia käytön aikana), jossa on vaihdettava taustavalon väri. Standardilla RJ-12-liittimellä varustettujen johtojen avulla siihen liitetään anturit ja efektorit (jopa neljä laitetta kutakin tyyppiä), siellä on paikka microSDHC:lle ja USB-portti.
Jälkimmäistä voidaan käyttää sekä itse ohjelmien lataamiseen että laiteohjelmiston päivittämiseen. Mikro-ohjaimelta ei kuitenkaan ole poistettu langattomia liitäntöjä, vaan voit halutessasi ladata ohjelmia Wi-Fi:n (vaatii ulkoisen moduulin) tai Bluetoothin (sisäänrakennettu) kautta. Lisäksi, jos kokoamme kauko-ohjattavaa robottia, voimme "ohjata" sitä langattomalla tiedonsiirrolla älypuhelimesta tai tabletista.
"Älykkäässä tiilessä" on 300 MHz ARM-prosessori, 16 megatavua pysyvää muistia (ja siksi kortti on hyödyllinen) ja 64 megatavua RAM-muistia. Huolimatta siitä, kuinka vaatimattomilta nämä luvut näyttävät, tehoa on enemmän kuin tarpeeksi suorittaaksesi jopa laajimmatkin algoritmit, jotka sinä tai vielä varsinkin oppimisprosessissa oleva lapsi osaa kirjoittaa. Ja jos vertaa sitä edellisen sukupolven NXT:n 48 MHz:n prosessoriin, joka täytti äskettäin kymmenen vuotta, edistys on melko huomattavaa. Ei kuitenkaan voida sanoa, että NXT hidastaisi merkittävästi tyypillisten ongelmien ratkaisuprosessia.
Lisäksi on ilmestynyt neljäs portti moottoreille, mikä sinänsä on merkittävä toiminnallisuuden laajennus, joka oikeuttaa päivityksen.
USB-portti tukee nyt isäntätilaa, jonka avulla voit liittää Wi-Fi-sovittimen lisäksi useita EV3-lohkoja yhdeksi monimutkaiseksi robotiksi. Totta, tehtävien tasosta tulee täysin "ei lapsellinen".
Lopuksi MINDSTORMS Education EV3:ssa on nyt akkutuki. Kuuden AA-akun sijaan voit asentaa mukana toimitetun litiumioniakun kahdeksi ja puoleksi ampeeritunniksi. Kukaan ei tietenkään kiellä eneloop-tyyppisten AA-akkujen käyttöä, mutta tarve poistaa ne latausta varten tekee käytettävyydestä keskivertoa huonompaa. Ja laturin kanssa varustetun eneloop-sarjan hinta on melko verrattavissa merkkiakkuun.
Ai niin, siellä on iso, kova kaiutin, joka ei nyt vain voi huutaa 8-bittisen aikakauden retrosävelmiä, vaan myös toistaa miellyttävämpiä ääniä.
Katsotaanpa nyt efektoreita perusjoukosta. Kaksi niistä on voimakkaita moottoreita, jotka ovat samanlaisia kuin NXT:ssä jo käytetyt, pitkänomaiset laitteet, jotka kehittävät vakavan vääntömomentin sisäisen alennusvaihteen ansiosta.
Jos moottori on tukossa, mukana on mekaaninen kytkin, joka alkaa luistaa, jos kitka on suurempi kuin laskettu, joten moottoria on melko vaikea polttaa.
Siinä on kiertokulma-anturi, jonka resoluutio on yksi astetta (moottori kertoo säätimelle, missä kulmassa sen akselia tällä hetkellä kierretään) ja kyky synkronoida tarkasti kaikkien kytkettyjen moottoreiden pyöriminen.
Kolmas, ns. M-servokäyttö (keskikokoinen moottori) tuottaa kolme kertaa vähemmän vääntöä, mutta sen pyörimisnopeus on lähes kaksi kertaa suurempi.
Mitä tulee sensoreihin, sinun ei todellakaan tarvitse rajoittua LEGO Educationin tarjoamiin (vaikka ne ovat katon läpi kaikissa koulutusprojekteissa), monet kolmannen osapuolen yritykset valmistavat yhteensopivia ja joskus melko eksoottisia antureita. Laiteohjelmiston lähdekoodi ja laitteistotiedot kokonaisuudessaan .
Программное обеспечение
Olemme puhuneet paljon laitteistosta, mutta itse asiassa se ei ole ainoa asia, joka määrää robotiikkatuntien tehokkuutta. Se on todella intuitiivisen ohjelmiston läsnäolo useilla alustoilla (Mac, PC, mobiililaitteet) ja tekee LEGO MINDSTORMS Education EV3:sta XNUMX-vuotiaiden lasten opiskelualustan, erityisesti perus- ja yläkoulun välillä.
Sovelluksen tervetulonäyttö iPadissa
Algoritmien visualisointi alkuperäisessä LEGO MINDSTORMS Education EV3 -ohjelmistossa on yksinkertaisesti korkeimmalla tasolla - muutamassa minuutissa riittää, että hallitset loogisten lohkojen tärkeimmät vuorovaikutustyypit (siirtymäehdot, silmukka jne.) ja lisäävät sitten vähitellen ohjelmien monimutkaisuus. Valmiita koulutusprojekteja on tietysti kymmenille eri robottimalleille, ja halutessasi löydät tuhansia mielenkiintoisia ohjelmia verkkoyhteisöistä.
Esimerkkiohjelma iPad-sovelluksessa
Edistyneet käyttäjät voivat asentaa LabVIEW:n tai RobotC:n – LEGO MINDSTORMS Education EV3:n "aivot" ovat täysin yhteensopivia näiden pakettien kanssa. Valitettavasti vanhoja projekteja ei voi viedä NXT:lle ilman lisämuunnoksia.
Koulutuksen näkökulmasta se kiinnostaa paljon enemmän . Sen avulla voit pitää sähköisiä muistikirjoja opiskelijoille, minkä ansiosta opettaja voi arvioida tietyn opiskelijan menestystä sovellusversiostaan ja seurata hänen edistymistään. Lisäksi voit käyttää ohjelmiston sisältämien opetusmateriaalien (joita on monia) lisäksi myös luoda omia käyttämällä sisäänrakennettua sisältöeditoria.
EV3 Content Editorin opetusvideot
Työpöytäversiossa on myös tiedontallennusapuohjelma, jolla voidaan ohjelmoida kuvaajaalueita kynnysarvoista riippuen. Eli nyt opettaja pystyy helposti demonstroimaan modernin teknologian toimintaa esimerkiksi älykodissa.
EV3-mikrotietokone kerää reaaliajassa dataa antureista ja käynnistää lämpötilataustasta riippuen yhden tai toisen malliohjelman. Kun lämpötila on korkea, tuuletin käynnistyy ja kun lämpötila on alhainen, lämmitin käynnistyy. Ja opiskelijat voivat tallentaa ja analysoida dataa viimeistelemällä mallin.
Tiedon kirjaus
"Smart brick" -laiteohjelmiston avoimuus on jo pelannut roolinsa: on olemassa vaihtoehtoisia vaihtoehtoja, jotka tukevat suosituimpia ohjelmointikieliä (kymmeniä). Pääsääntöisesti EV3:n käyttö voidaan "liittää" mihin tahansa ohjelmointiin liittyvään koulutusprojektiin, sillä harvat asiat ovat niin miellyttävät kuin mahdollisuus nähdä omien algoritmien työ "laitteistossa".
Monet odottavat, että tämän tarinan kompastuskivi voi olla hinta. Todellakin, perussarjasta joudut maksamaan 29 900 ruplaa ja vielä 2 500 latauksesta. Tämä summa sisältää kuitenkin osia ja elektroniikkaa kahden opiskelijan mukavaan työhön sekä täysimittaisen perusohjelmiston 48 valmiilla oppitunnilla (joka tammikuusta 2016 lähtien on täysin ilmaista sekä yksityishenkilöille että organisaatioille). Tietenkin lisälaitteet ja tehtäväsarjat voivat lisätä kustannuksia, mutta järkevän rajoissa. Joten sarja 8 opiskelijalle, joka sisältää perus- ja resurssisarjat LME EV3, latureita, ohjelmistoja ja , maksaa 174 900. Melko hyväksyttävää esimerkiksi koulun piirin varustamiseen.
Kyllä, se on huomattavasti kalliimpaa kuin yksinkertaiset Arduino-kaltaiset alustat. Mutta mahdollisuudet ja osallistumisen taso ovat paljon korkeammat. EV3-pohjainen opetussuunnitelma voidaan suunnitella turvallisesti läpi lukion ja sen jälkeenkin. Lisäksi LEGO MINDSTORMS Education EV3:n asianmukaisella käytöllä se yksinkertaisesti "eläisi" useat yksinkertaiset sarjat mekaanisten ominaisuuksien, helpon vaihdettavuuden ja osien saatavuuden vuoksi (käytännössäni vain yksi RJ-12-kaapeli vaadittiin vaihtamiseen 10 vuoden aikana. vanha NXT).
Tuloksena näemme jättiläisyrityksen tukeman lähes avoimen lähdekoodin projektin, jossa on kaikki tällaisessa tilanteessa tarvittavat bonukset - pitkä elinkaari, varaosien ja laajennusten saatavuus, viralliset ja amatöörioppaat, kehittynyt yhteisö. Mindstormsista on tullut melkein standardi länsimaisissa lasten opettavaisissa robotiikkatunneissa, ja olisi todella hienoa nähdä se laajasti omaksuvana Venäjällä.
Polun valinta
Ja nyt pääasiaan. Toisin kuin WeDo 2.0 -setit, EV3 on suunnattu lukiolaisille ja siten vanhemmille lapsille, joille tulevan ammatin valinta on vakavampi kysymys.
EV3:n avulla jokainen oppilas pystyy aktiivisemmin paljastamaan kyvyt, jotka olivat hänelle luontaisia luonnossa, kasvatuksessa ja koulutusprosessissa.
Syntynyt matemaatikko seuraa tarkasti antureiden telemetriaa, kuinka tarkasti robotin kulkema matka tallennetaan, kuinka kulma, jolla se poikkeaa, tallennetaan ja niin edelleen.
Tuleva IT-asiantuntija tietysti uppoutuu robotin ohjelmointiin ja analysoi algoritmeja, joilla se liikkuu. Ja hän luo varmasti oman, jota vakioohjeet eivät sisällä.
Fysiikasta intohimoinen lapsi osaa tehdä visuaalisia kokeita robotin avulla, onneksi sarjoissa ei ole ongelmia sensorien kanssa, kuten lapsella ei ole ongelmia mielikuvituksen kanssa.
Kaiken kaikkiaan riippumatta lapsesi kiinnostuksen kohteista ja lempiaineista koulussa, MINDSTORMS EV3 -sarjojen avulla oppiminen antaa lapselle mahdollisuuden tulla selvemmin esiin ja keskittyä kehitykseensä tulevaisuudessa.
Elämässä
Tällä hetkellä yrityksen ratkaisut ovat jo opiskelijoiden käytössä mielenkiintoisten projektien luomisessa sekä osana erilaisia kilpailuja että yleistä kehittämistä. Media kirjoitti useista heistä tänä vuonna.
Astrakhanin koululaiset Ruslan Kazimov ja Mihail Gladyshev alueellisessa teknologiapuistossa kehittivät robottisimulaattorin käsien nivelten kuntoutukseen.
kuva - rg.ru
Kahdeksasluokkalaiset käyttivät simulaattorin kehittämiseen hieman alle kaksi kuukautta. He esittelivät projektinsa IX:n koko Venäjän tieteellisten ja innovatiivisten hankkeiden kilpailun alueellisessa vaiheessa eteläisessä liittovaltiopiirissä, jossa he sijoittuivat toiseksi. Tulevaisuudessa he suunnittelevat teollisen prototyypin luomista - toistaiseksi kehittäjät tarjoavat vain prototyypin, joka on valmistettu LEGO MINDSTORMS Education EV3 -opetusrobottisarjasta.
Laite toistaa lääkärin suorittamat liikkeet - nivelet alkavat toimia, mikä palauttaa paitsi niiden, myös lihasryhmien liikkuvuuden. Kun laitteet on yhdistetty Bluetoothin kautta, ne kommunikoivat tulevaisuudessa Internetin tai Wi-Fi:n kautta.
Tällaisen laitteen analogeja on markkinoilla, mutta Astrakhan-laite voi toimia samanaikaisesti olka-, ranteen- ja kyynärnivelten kanssa. Lisäksi se on kannettava ja akkukäyttöinen. On myös mahdollisuus kauko-ohjaukseen, eli potilas voi harjoitella poistumatta kotoa.
World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015) -tapahtumassa venäläinen DRL Pietarista sai LEGO Educationin luovuuden erikoispalkinnon (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Venäläinen DRL-tiimi esitteli CaveBot-projektin. Pietarilaiset miehet loivat valmentaja Sergei Filippovin ohjauksessa ainutlaatuisen robottimatkailijan, joka löytää tutkimattomia alueita luolissa. Kehitys kattaa useita tieteenaloja, sillä ainutlaatuinen robotti mahdollistaa monimutkaisten tehtävien suorittamisen.
Ryhmä rakensi kiipeilyrobotin, joka oli varustettu erilaisilla antureilla havaitsemaan esineitä myöhempää tutkimusta varten. Tuloksena oleva data voidaan muuttaa 3D-malleiksi tietokoneella.
Ja 13-vuotias Shubham Banerjee loi LEGO-kappaleista tehty pistekirjoitus koulun tiedeprojektiin. Myöhemmin hänen perheensä osallistuessa keksinnöstä lanseerattiin startup, joka sai taloudellista tukea teknologiayhtiö Inteliltä.
(Kuva: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ajatus tulostimen luomisesta tuli Shubhamille tutkittuaan pistekirjoitusta Internetistä. Opiskelija ymmärsi, että kosketuskirjoitustulostimet maksavat yli 2,000 XNUMX dollaria, joten hän päätti tehdä halvemman version.
Pian keksinnön jälkeen sokeat lapset ja heidän vanhempansa alkoivat ottaa yhteyttä Shubhamiin yhdellä ainoalla pyynnöllä - tehdä edullinen pistekirjoitustulostin, lupaamalla "ostaa sen heti hyllyltä".
Kuten näette, MINDSTORMS Education EV3:n käyttö oppimisprosessissa antaa opiskelijoille mahdollisuuden käyttää mielikuvitustaan maksimaalisesti luoden yhä enemmän uusia mekanismeja, jotka eivät vain auta toteuttamaan ideoita tai suorittamaan visuaalisesti kokeita, vaan myös alkavat päättää tulevaa ammattiaan.
Jos sinulla on kysyttävää näiden ratkaisujen käytöstä koulutusprosessissa (tai itse tuotteista), kirjoita ne kommentteihin.
Lähde: will.com