imaxe – roboconstructor.ru
Unha coñecida parábola di que cando unha nai nova cun neno en brazos se volveu cara ao sabio e lle preguntou a que idade debía comezar a criar a súa descendencia, o vello respondeu que tardaba tantos anos como o neno. . A situación coa elección dunha futura vocación é bastante semellante. É difícil esixir a un bebé a conciencia das propias inclinacións e intereses, pero xa no instituto comezan todo tipo de especializacións, e a estas alturas sería bo saber xa en que dirección mover o neno adulto. Pero unha cousa que xa sabemos case con certeza é que durante as próximas décadas, do 30 ao 80% das profesións estarán totalmente automatizadas.
A robótica, a cibernética e a comprensión dos algoritmos son un conxunto de habilidades coas que, moi probablemente, unha persoa non se enfrontará a perspectivas tan vagas. Por suposto, o máis probable é que, paralelamente á substitución da forza de traballo por robots, tamén se desenvolva o concepto de renda básica incondicional, pero é improbable que queiras ese futuro para o teu fillo.
Agora hai moitas formas de mostrar rapidamente a un público novo e interesado os conceptos básicos da programación e da robótica. Todos eles son económicos, bastante fáciles de aprender e en poucas horas proporcionan unha comprensión dos conceptos básicos dos algoritmos e dos dispositivos cibernéticos. Pero nas aulas é doado atoparse coas desvantaxes destas plataformas: resistencia limitada ao desgaste (e afrontámolo tamén, "resistencia idiota") das placas de proba, interfaces de software que non son moi amigables para nenos de 11 a 12 anos e un tamaño relativamente pequeno. elemento "xogo".
O fabricante máis famoso de xogos educativos, LEGO Education, leva máis de vinte anos loitando con todas estas deficiencias. Estamos, por suposto, a falar da plataforma MINDSTORMS Education EV3. Desde o Mindstorms RCX producido a principios dos 90 ata o complexo MINDSTORMS Education EV3 máis moderno, o principio de formación da plataforma segue sendo o mesmo. Está baseado nun "ladrillo intelixente", un microordenador cunha pantalla e portos de E/S aos que están conectados todos os demais compoñentes. Como en calquera sistema robótico, os dispositivos periféricos divídense en sensores e efectores. Coa axuda de sensores, o robot percibe o mundo que o rodea e, grazas aos efectores, reacciona a el segundo o programa programado. Os compoñentes da plataforma están conectados con cables sinxelos sen soldar, e as estruturas mecánicas están limitadas só pola forza das pezas de plástico e a imaxinación dos deseñadores.
Consideramos as posibilidades deste tipo de solucións en xeral, pero agora queremos deternos con máis detalle en LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 faise compatible con pezas de Lego Technic. Isto significa que a plataforma pode usarse para crear unha gran variedade de deseños e mesmo incribles, desde simples "coches" e "mans robóticas" ata transportadores complexos ou incluso "solucionadores de cubos de Rubik". Practicamente calquera conxunto de Lego Technic pode usarse como fonte de pezas para proxectos, e non haberá ningún problema para substituír as pezas danadas. Si, non parecen tan brutais como o vello kit de construción de aluminio soviético, pero na práctica resultan ser aínda máis fortes que os produtos metálicos. Polo menos na miña colección, que comezou en 1993, aínda non se descubriu nin unha soa parte rota.
O conxunto educativo básico MINDSTORMS Education EV3 inclúe 541 pezas de Lego Technic. Pódese mercar como un conxunto de recursos especializados como (ou o 9648 máis antigo, producido para NXT), ou só un constructor de tipo grande (2800 pezas) ou (case 4000 partes) e, despois de xogar o suficiente co modelo principal, utilízao como "ladrillos" para experimentos cibernéticos. En termos dunha peza, Lego está moi por diante doutros conxuntos aquí: só 3-5 rublos por peza.
Ben, se alguén ten unha colección antiga que inclúe decenas de miles de pezas, entón non terás que preocuparte polos recursos.
Captura de pantalla do servizo Brickset (unha base de datos interactiva para propietarios de kits de construción de Lego que che permite recoller unha variedade de estatísticas) do autor
Non obstante, isto só se aplica aos elementos "pasivos" como vigas, rodas ou pasadores de conexión. Os sensores e efectores, por suposto, son moito máis caros, pero hai máis que suficientes no kit básico. Mindstorms EV3 vén completo con tres motores (dous máis grandes e potentes e un servo compacto), un par de sensores táctiles (unha especie de botóns "intelixentes"), sensores ultrasónicos, giroscópicos e de cor (tamén pode funcionar en modo sensor de luz) . Ademais, mantense a compatibilidade cos sensores da xeración anterior de robots Lego Education, Mindstorms NXT (isto inclúe, por exemplo, un sensor de nivel de ruído).
Pero volvamos ao "ladrillo intelixente", o corazón do sistema. Este é un "ladrillo" bastante pesado e voluminoso, equipado cunha pantalla LCD monocromática de 178x128 (non só se mostra o menú, senón tamén todo tipo de imaxes personalizadas durante o funcionamento) cunha cor de luz de fondo cambiante. Usando cables cun conector RJ-12 estándar, conéctanselle sensores e efectores (ata catro dispositivos de cada tipo), hai unha ranura para microSDHC e un porto USB.
Este último pódese utilizar tanto para descargar os propios programas como para actualizar o firmware. Non obstante, o microcontrolador non está privado de interfaces sen fíos; se o desexa, pode descargar programas a través de Wi-Fi (require un módulo externo) ou Bluetooth (integrado). Ademais, se estamos a montar un robot controlado a distancia, podemos "dirixilo" mediante a comunicación sen fíos desde un teléfono intelixente ou tableta.
Dentro do "ladrillo intelixente" vive un procesador ARM de 300 MHz, 16 megabytes de memoria permanente (e por iso é útil a tarxeta) e 64 megabytes de RAM. Por moi modestos que parezan estes números, hai un poder máis que suficiente para executar incluso os algoritmos máis extensos que vostede, ou máis aínda un neno no proceso de aprendizaxe, pode escribir. E se o comparas co procesador de 48 MHz da anterior xeración NXT, que recentemente cumpriu dez anos, o progreso é bastante notable. Non obstante, non se pode dicir que NXT ralentice notablemente o proceso de resolución de problemas típicos.
Ademais, apareceu un cuarto porto para motores, que en si mesmo é unha importante expansión da funcionalidade que xustifica a actualización.
O porto USB agora admite o modo host, isto permítelle non só conectar un adaptador Wi-Fi, senón tamén conectar varios bloques EV3 nun robot complexo. É certo que o nivel de tarefas tórnase completamente "non infantil".
Finalmente, MINDSTORMS Education EV3 agora ten soporte para batería. En lugar de seis pilas AA, pode instalar a batería de iones de litio incluída durante dúas horas e medio amperio. Por suposto, ninguén prohibe o uso de pilas AA tipo eneloop, pero a necesidade de retiralas para cargalas fai que a usabilidade sexa inferior á media. E o prezo dun par de kits eneloop cun cargador é bastante comparable ao dunha batería de marca.
Ah, si, hai un altofalante grande e alto que agora non só pode chillar melodías retro da era dos 8 bits, senón que tamén pode reproducir sons máis agradables.
Agora vexamos os efectores do conxunto básico. Dous deles son potentes motores semellantes aos que xa se usan en NXT, dispositivos oblongos que desenvolven un gran par grazas a un reductor interno.
No caso de que o motor estea bloqueado, preséntase un embrague mecánico, que comeza a esvarar se o rozamento é maior que o calculado, polo que é bastante difícil queimar o motor.
Hai un sensor de ángulo de rotación cunha resolución dun grao (o motor indica ao controlador en que ángulo está actualmente xirando o seu eixe) e a capacidade de sincronizar con precisión a rotación de todos os motores conectados.
O terceiro, chamado servomotor M (motor de tamaño medio) produce tres veces menos par, pero a súa velocidade de rotación é case o dobre.
En canto aos sensores, en realidade non tes que limitarte aos que ofrece LEGO Education (aínda que están ao teito para calquera proxecto educativo), unha serie de empresas de terceiros producen sensores compatibles e ás veces bastante exóticos. Código fonte do firmware e especificacións de hardware completas .
Software
Falamos moito de hardware, pero de feito, non é o único que determina a eficacia das clases de robótica. É a presenza de software verdadeiramente intuitivo en múltiples plataformas (Mac, PC, dispositivos móbiles) e fai de LEGO MINDSTORMS Education EV3 a plataforma preferida para a aprendizaxe, especialmente entre primaria e secundaria, para nenos de dez anos.
Pantalla de benvida da aplicación no iPad
A visualización de algoritmos no software nativo LEGO MINDSTORMS Education EV3 está simplemente ao máis alto nivel: en só uns minutos é suficiente dominar os principais tipos de interacción de bloques lóxicos (condicións de transición, bucle, etc.) e despois aumentar gradualmente o complexidade dos programas. Por suposto, hai proxectos educativos preparados para ducias de modelos diferentes de robots, e se o desexas, podes atopar miles de programas interesantes en comunidades en liña.
Exemplo de programa nunha aplicación para iPad
Os usuarios avanzados poden instalar LabVIEW ou RobotC: os "cerebros" de LEGO MINDSTORMS Education EV3 son totalmente compatibles con estes paquetes. Desafortunadamente, non será posible exportar proxectos antigos para NXT sen unha conversión adicional.
Dende o punto de vista educativo é de moito maior interese . Permite gardar cadernos electrónicos para os alumnos, grazas aos cales o profesor pode avaliar o éxito dun alumno en concreto desde a súa versión da aplicación e supervisar o seu progreso. Ademais, podes usar non só os materiais educativos dispoñibles a bordo do software (dos cales hai moitos), senón tamén crear o teu propio usando o editor de contido integrado.
Vídeos titoriales do editor de contido EV3
A versión de escritorio tamén ten unha utilidade de gravación de datos coa posibilidade de programar áreas gráficas dependendo dos valores límite. É dicir, agora un profesor pode demostrar facilmente o funcionamento das tecnoloxías modernas dentro dunha casa intelixente, por exemplo.
O microordenador EV3 recollerá datos dos sensores en tempo real e, dependendo da temperatura de fondo, lanzará un ou outro programa modelo. Cando a temperatura é alta, o ventilador acende, e cando a temperatura é baixa, o aquecedor acende. E o alumnado poderá rexistrar e analizar datos, finalizando o modelo.
Rexistro de datos
A apertura do firmware de "ladrillo intelixente" xa xogou o seu papel: hai opcións alternativas que admiten as linguaxes de programación máis populares (ducias delas). En xeral, o uso de EV3 pódese "anexar" a calquera proxecto educativo relacionado coa programación, xa que poucas cousas son tan agradables como a oportunidade de ver o traballo dos propios algoritmos "en hardware".
Moitos esperan que o escollo desta historia sexa o prezo. De feito, para o conxunto básico terás que pagar 29 rublos, máis outros 900 por cobrar. Non obstante, esta cantidade inclúe pezas e produtos electrónicos para o traballo cómodo de dous estudantes, así como un software básico completo con 2 leccións preparadas (que desde xaneiro de 500 é totalmente gratuíta tanto para particulares como para organizacións). Por suposto, equipos adicionais e kits de misión poden aumentar o custo, pero dentro do razoable. Polo tanto, un kit para 48 estudantes, que inclúe conxuntos básicos e de recursos LME EV2016, cargadores, software e , custará 174 900. Moi aceptable para equipar, por exemplo, un círculo na escola.
Si, é notablemente máis caro que as plataformas simples tipo Arduino. Pero as oportunidades, así como o nivel de implicación, son moito maiores. O currículo baseado en EV3 pódese planificar con seguridade ao longo da escola secundaria e máis aló. Ademais, cun uso adecuado de LEGO MINDSTORMS Education EV3 simplemente "sobrevivirá" a varios kits sinxelos debido ás calidades mecánicas, á facilidade de substitución e á dispoñibilidade de pezas (na miña práctica, só un cable RJ-12 requiriu substitución nos 10 anos). antigo NXT).
Como resultado, vemos un proxecto case de código aberto apoiado por unha empresa xigante con todas as bonificacións necesarias en tal situación: un longo ciclo de vida, dispoñibilidade de pezas de reposición e extensións, guías oficiais e afeccionadas, unha comunidade desenvolvida. Mindstorms converteuse case nun estándar nas clases de robótica educativa occidentais para nenos, e sería xenial velo amplamente adoptado en Rusia.
Escollendo un camiño
E agora ao principal. A diferenza dos conxuntos WeDo 2.0, EV3 está dirixido ao instituto e, polo tanto, aos nenos máis maiores, para os que a cuestión de escoller unha futura profesión é máis grave.
Usando EV3, cada alumno poderá revelar de forma máis activa as habilidades que lle eran inherentes pola natureza, a educación e o proceso educativo.
Un matemático nato supervisará de preto a telemetría dos sensores, como se rexistra exactamente a distancia percorrida polo robot, como se rexistra o ángulo polo que se desvía, etc.
O futuro especialista en informática, por suposto, mergullarase na programación do robot, analizando os algoritmos polos que se move. E certamente creará o seu propio, non previsto polas instrucións estándar.
Un neno apaixonado pola física poderá realizar experimentos visuais coa axuda dun robot; afortunadamente, os conxuntos non teñen problemas cos sensores, do mesmo xeito que o neno non ten problemas coa imaxinación.
En xeral, sen importar cales sexan os intereses e as materias favoritas do teu fillo na escola, aprender cos conxuntos MINDSTORMS EV3 permitirá que se destaquen e se centren máis claramente no seu desenvolvemento no futuro.
Na vida
Nestes momentos, as solucións da empresa xa están sendo utilizadas polos estudantes para crear proxectos interesantes, tanto como parte de diversos concursos como para o desenvolvemento xeral. Os medios escribiron sobre algúns deles este ano.
Os escolares de Astracán Ruslan Kazimov e Mikhail Gladyshev, con sede no parque tecnolóxico rexional, desenvolveron un simulador robótico para a rehabilitación das articulacións das mans.
foto - rg.ru
Os alumnos de oitavo pasaron algo menos de dous meses desenvolvendo o simulador. Presentaron o seu proxecto na fase rexional do IX Concurso de proxectos científicos e innovadores de toda Rusia no Distrito Federal Sur, onde conseguiron o segundo lugar. No futuro, planean crear un prototipo industrial; polo momento, os desenvolvedores só ofrecen un prototipo feito a partir do conxunto robótico educativo LEGO MINDSTORMS Education EV3.
O dispositivo duplica os movementos realizados polo médico: as articulacións comezan a funcionar, restablecendo así a mobilidade non só delas, senón tamén dos grupos musculares. Mentres os dispositivos están conectados mediante Bluetooth, no futuro comunicaranse mediante Internet ou Wi-Fi.
Existen análogos deste dispositivo no mercado, pero o dispositivo Astrakhan pode funcionar simultaneamente coas articulacións do ombreiro, do pulso e do cóbado. Ademais, é portátil e funciona con pilas. Tamén existe a posibilidade de control remoto, é dicir, que o paciente poida adestrar sen saír da casa.
Na World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015), o equipo ruso DRL de San Petersburgo recibiu un premio especial á creatividade de LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
O equipo de DRL ruso presentou o proxecto CaveBot. Mozos de San Petersburgo, baixo a dirección do adestrador Sergei Filippov, crearon un explorador robótico único para descubrir zonas inexploradas nas covas. O desenvolvemento abrangue diversos campos científicos, xa que o robot único permite realizar tarefas de complexidade variable.
O equipo construíu un robot escalador equipado con varios sensores para detectar obxectos para a súa posterior exploración. Os datos resultantes pódense converter en modelos 3D nun ordenador.
E Shubham Banerjee, de 13 anos, creou Braille feito con pezas LEGO para un proxecto científico escolar. Posteriormente, coa participación da súa familia, creouse unha startup para lanzar o invento, que recibiu o apoio económico da corporación tecnolóxica Intel.
(Foto: Marcio José Sánchez, AP)
A idea de crear unha impresora xurdiu a Shubham despois de investigar en Braille en Internet. Ao entender que as impresoras táctiles custaban 2,000 dólares ou máis, o estudante decidiu facer unha versión máis barata.
Pouco despois da invención, os nenos cegos e os seus pais comezaron a poñerse en contacto con Shubham cunha única solicitude: fabricar unha impresora Braille barata, prometendo "comprala de inmediato".
Como podes ver, o uso de MINDSTORMS Education EV3 no proceso de aprendizaxe permite que os estudantes utilicen ao máximo a súa imaxinación, creando cada vez máis novos mecanismos que non só axudan a realizar ideas ou a realizar visualmente calquera experimento, senón que tamén comezan a decidir sobre a súa futura profesión.
Se tes dúbidas sobre o uso destas solucións no proceso educativo (ou sobre os propios produtos), escríbeas nos comentarios.
Fonte: www.habr.com