slika — roboconstructor.ru
Poznata priča govori da je, kada je mudracu prišla mlada majka s djetetom u naručju i pitala ga od koje dobi treba započeti s odgojem svog potomka, starac odgovorio da je zakasnila onoliko godina koliko je dijete već imalo. Situacija s odabirom budućeg zanimanja je slična. Teško je očekivati da će novorođenče biti svjesno svojih sklonosti i interesa, no u srednjoj školi počinju razne specijalizacije, i do tog vremena bilo bi dobro već znati u kojem smjeru treba usmjeriti odraslu djecu. No jedno gotovo sigurno znamo – u sljedećim desetljećima između 30 i 80% zanimanja bit će potpuno automatizirano.
Robotika, kybernetika, razumijevanje algoritama – to su setovi vještina s kojima čovjeku vjerojatno neće prijetiti tako neizvjesne perspektive. Naravno, vjerojatno će paralelno s zamjenom radne snage robotima napredovati i koncept univerzalnog osnovnog dohotka, ali teško da želite takvu budućnost za svoje dijete.
Postoji mnogo načina da brzo pokažete mladoj i zainteresiranoj publici osnove programiranja i robotike. Svi oni su jeftini, relativno jednostavni za učenje i omogućavaju već nakon nekoliko sati razumijevanje osnova algoritama i koncepcija kybernetičkih uređaja. No, u učionicama možete se lako suočiti s nedostacima tih platformi – ograničenom izdržljivošću (pa, što reći, i 'otpornosti na glupost' također) prototipnih ploča, nimalo prijateljskim sučeljima softvera za djecu od 11-12 godina, i relativno malim elementom 'igre'.
S svim tim nedostacima već više od dvadeset godina bori se najpoznatija tvrtka za proizvodnju edukativnih seta LEGO Education. Govorimo, naravno, o platformi MINDSTORMS Education EV3. Počevši od proizvedenih početkom 90-ih Mindstorms RCX do najmodernijeg kompleta MINDSTORMS Education EV3, princip formiranja platforme ostaje nepromijenjen. U svom je temelju "pametni blok" ("intelligent brick"), to je mikroračunalo s ekranom i ulazno-izlaznim portovima, na koje se povezuju svi ostali komponente. Kao u svakom robotičkom sustavu, periferni uređaji dijele se na senzore i aktuatore. Pomoću senzora robot percipira okolni svijet, a zahvaljujući aktuatorima - reagira na njega prema unaprijed postavljenom programu. Komponente platforme povezuju se jednostavnim kablovima bez lemljenja, a mehaničke konstrukcije ograničene su samo čvrstoćom plastičnih dijelova i maštom konstruktora.
razmatrali smo mogućnosti takvih rješenja u općem smislu, a sada se želimo detaljnije osvrnuti na LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 je napravljen u skladu s Lego Technic dijelovima. To znači da se platforma može koristiti za stvaranje raznoliki i čak nevjerojatnih konstrukcija, od jednostavnih "automobila" i "robotskih ruku" do složenih transportnih traka ili čak "rješavača" Rubikove kocke. U stvari, svaki LEGO Technic set može postati izvor dijelova za projekte, osim toga neće biti problema s zamjenom oštećenih rezervnih dijelova. Da, ne izgledaju tako robusno kao stari sovjetski aluminijski građevinski set, ali se u praksi pokazalo da su čak i izdržljiviji od metalnih proizvoda. U mojoj zbirci, koja je počela 1993. godine, još nije pronađen nijedan slomljen dio.
U kompletu s osnovnim edukativnim setom MINDSTORMS Education EV3 postoji 541 Lego Technic dio. Možete kupiti i specijalizirani resursni set poput (ili stariji 9648, koji se još proizvodi za NXT), kao i jednostavno veliki građevinski set tipa (2800 dijelova) ili (gotovo 4000 dijelova), i, nakon što se dovoljno igrate s osnovnim modelom, pretvoriti ga u "kockice" za kibernetske eksperimente. Kada se usporedi s jednim dijelom Lego, ovdje vrlo značajno pobjeđuje druge setove – samo 3-5 kuna za jedan komad.
Ako netko ima staru kolekciju koja uključuje desetke tisuća dijelova, ne treba se brinuti o resursima.
Screenshot iz usluge Brickset (interaktivna baza za vlasnike Lego kocaka koja omogućuje prikupljanje raznih statistika) autora
Međutim, to se odnosi samo na 'pasivne' elemente poput greda, kotača ili spojnih pinova. senzori i aktuatori, naravno, znatno su skuplji, ali u osnovnom setu ih ima više nego dovoljno. Mindstorms EV3 dolazi s tri motora (dva veća i snažnija te jedan kompaktni servomotor), par senzora dodira (sve vrste 'pametnih' tipki), ultrazvučnim, žiroskopskim i senzorom boje (koji također može raditi u načinu rada senzora svjetlosti). Također, očuvana je kompatibilnost sa senzorima iz prethodne generacije Lego Education robota - Mindstorms NXT (među njima je, na primjer, senzor razine zvuka).
Vratimo se 'pametanom bloku', srcu sustava. To je zapravo prilično težak i obiman 'blok', opremljen monokromatskim LCD ekranom 178x128 (na njemu se prikazuju ne samo izbornici, već i razne prilagođene slike tijekom rada) s promjenjivom pozadinskom svjetlošću. Pomoću kabela sa standardnim RJ-12 priključkom, senzori i aktuatori se povezuju (do četiri uređaja svakog tipa), postoji utor za microSDHC i USB port.
Zadnji se može koristiti za učitavanje vlastitih programa kao i za ažuriranje firmware-a. Međutim, mikrokontroler je također opremljen bežičnim sučeljima, a po želji se programi mogu učitavati putem Wi-Fi (potreban vanjski modul) ili Bluetooth (ugrađen). Također, ako sastavljamo robota za daljinsko upravljanje, možemo 'voziti' njime koristeći bežičnu vezu sa pametnim telefonom ili tabletom.
Unutar "pametne cigle" živi ARM procesor od 300 MHz, 16 megabajta trajne memorije (i tu je kartica potrebna) te 64 megabajta radne memorije. Koliko god se ovi brojevi činili skromnima, za izvršavanje čak i najsloženijih algoritama koje možete napisati vi ili, pogotovo, dijete tijekom učenja, snaga je više nego dovoljna. A ako usporedimo s procesorom od 48 MHz iz prethodne generacije NXT, kojem je nedavno napunilo deset godina - napredak je zaista uočljiv. Ipak, ne može se reći da je NXT značajno usporavao tijekom rješavanja tipičnih zadataka.
Uz to, dodan je četvrti priključak za motore, što samo po sebi predstavlja značajno proširenje funkcionalnosti, opravdavajući nadogradnju.
USB priključak sada podržava host način, što omogućava ne samo povezivanje Wi-Fi adaptera, već i spajanje više EV3 jedinica u jednog složenog robota. Istina, razina zadataka postaje posve "nenamijenjena djeci".
Na kraju, MINDSTORMS Education EV3 dobio je podršku za napajanje iz baterija. Umjesto šest AA baterija, može se instalirati litij-ionska baterija od dva i pol ampere-sata koja dolazi u kompletu. Naravno, nitko ne zabranjuje korištenje AA baterija tipa eneloop, ali potreba za vađenjem za punjenje smanjuje upotrebljivost ispod prosjeka. Cijena dva kompleta eneloop s punjačem više je nego usporediva s cijenom originalne baterije.
Ah da, tu je veliki i glasni zvučnik, koji sada može ne samo svirati retro melodije iz 8-bitne ere, već i reproducirati ugodnije zvukove.
Sada ćemo pogledati efektore iz osnovnog kompleta. Dva od njih su snažni motori, slični onima koji su se već koristili u NXT-u, izduženi uređaji koji razvijaju značajan okretni moment zahvaljujući unutarnjem reduktor.
Za slučaj zastoja motora, predviđena je mehanička trenja koja počinje kliziti ako je trenje veće od predviđenog, pa je motor prilično teško pregorjeti.
Tu je senzor ugla okretanja s rezolucijom od jednog stupnja (motor javlja kontroleru pod kojim je kutem trenutno okrenuta njegova osovina) i mogućnost točne sinkronizacije rotacije svih povezanih motora.
Treći, takozvani M-servo (srednje veličine motor) isporučuje tri puta manji okretni moment, ali njegova brzina vrtnje je skoro dvostruko veća.
Što se tiče senzora, zapravo nije nužno ograničiti se na one koje nudi LEGO Education (iako su i njihovi više nego dovoljni za bilo koji edukativni projekt), niz tvrtki trećih strana nudi kompatibilne i ponekad prilično egzotične senzore. Izvorni kod firmwarea i specifikacije hardvera su potpuno .
Softver
Puno smo govorili o hardverskoj osnovi, ali zapravo nije samo ona ta koja određuje učinkovitost nastave robotike. Upravo prisustvo stvarno intuitivnog softvera na brojnim platformama (Mac, PC, mobilni uređaji) i činjenica je koja čini LEGO MINDSTORMS Education EV3 platformom izbora za nastavu, posebno na prelazu između osnovne i srednje škole, za djecu od deset godina.
Početni ekran aplikacije na iPadu
Vizualizacija algoritama u izvornom softveru LEGO MINDSTORMS Education EV3 je na iznimno visokom nivou – dovoljno je samo nekoliko minuta da se usvoje osnovne vrste interakcija logičkih blokova (uvjeti prelaska, petlja itd.) i kasnije postupno povećava složenost programa. Naravno, postoje i gotovi edukativni projekti za desetke različitih modela robota, a po želji se u internetskim zajednicama mogu naći tisuće zanimljivih programa.
Primjer programa u aplikaciji za iPad
Napredni korisnici mogu instalirati LabVIEW ili RobotC – „mozak“ LEGO MINDSTORMS Education EV3 potpuno je kompatibilan s ovim paketima. Nažalost, ne možete izvesti stare projekte za NXT bez dodatne konverzije.
Sa edukativnog stajališta, mnogo veći interes predstavlja . Omogućava vođenje elektronskih dnevnica učenika, zahvaljujući kojima učitelj može iz svoje verzije aplikacije procijeniti uspjehe pojedinog učenika i pratiti njegov napredak. Osim toga, mogu se koristiti ne samo dostupni edukativni materijali unutar softvera (kojih ima mnogo), nego se uz pomoć ugrađenog uređivača sadržaja mogu stvarati vlastiti.
Edukativni videozapis o radu s uređivačem sadržaja EV3
Također, u desktop verziji postoji alat za registraciju podataka s mogućnošću programiranja područja grafikona prema pragovima. To znači da učitelj sada može lako demonstrirati rad modernih tehnologija u okviru pametne kuće, na primjer.
Mikrolaptop EV3 će prikupljati podatke s senzora u stvarnom vremenu i prema temperaturi pokretati određeni program modela. Na visokoj temperaturi uključuje se ventilator, a na niskoj — grijač. Učenici će moći bilježiti i analizirati podatke, usavršavajući model.
Bilježenje podataka
Otvorenost firmvera "pametnog bloka" već je odigrala svoju ulogu: postoje alternativne verzije s podrškom za većinu popularnih programskih jezika (desetci njih). U suštini, korištenje EV3 može se "priključiti" na bilo koji obrazovni projekt vezan uz programiranje, jer rijetko što tako veseli kao mogućnost vidjeti rad vlastitih algoritama "u hardveru".
Mnogi očekuju da bi kamen spoticanja u ovoj priči mogla biti cijena. Doista, za Osnovni set treba izdvojiti 29 900 kuna, plus još 2 500 za punjač. Međutim, u tu cijenu uključeni su dijelovi i elektronika za udoban rad dvaju učenika, kao i potpuno osnovno softversko rješenje s 48 gotovih lekcija (koje je od siječnja 2016. potpuno besplatno, kako za fizičke tako i za pravne osobe). Naravno, dodatna oprema i kompleti zadataka mogu povećati troškove, ali u razumnim okvirima. Tako komplet za 8 učenika, uključujući osnovne i resursne setove LME EV3, punjače, softver i , koštat će 174 900. Sasvim prihvatljivo za opremanje, na primjer, sekcije u školi.
Da, to je znatno skuplje od jednostavnih Arduino-platformi. Ali i mogućnosti, kao i stupanj uključenosti, su mnogo veći. Nastavni program temeljen na EV3 može se lako planirati za cijelu srednju školu i dalje. Osim toga, uz odgovarajuću upotrebu, LEGO MINDSTORMS Education EV3 jednostavno će "preživjeti" nekoliko jednostavnih kompleta zahvaljujući mehaničkim kvalitetama, lakoj zamjenjivosti i dostupnosti dijelova (u mojoj praksi samo je jedan kabel RJ-12 zahtijevao zamjenu u 10-godišnjem NXT).
Na kraju, vidimo gotovo open-source projekt koji podržava ogromna kompanija, s svim prednostima koje dolaze s tim — dugim životnim ciklusom, dostupnošću rezervnih dijelova i proširenja, službenim i amaterskim vodičima, razvijenom zajednicom. Mindstorms je postao praktički standard zapadnih obrazovnih klasa za robotiku za djecu, i bilo bi zaista divno vidjeti njegovo široko širenje i u Hrvatskoj.
Izbor puta
A sada idemo na glavno. Za razliku od setova WeDo 2.0, EV3 je orijentiran na srednju školu, te samim tim na stariju djecu, za koju je pitanje izbora buduće profesije već ozbiljnije.
Koristeći EV3, svaki učenik će moći aktivnije otkriti one sposobnosti koje su mu prirodom, odgojem i obrazovnim procesom utemeljene.
Prirodni matematičar će pomno pratiti telemetriju senzora, kako se točno bilježi udaljenost koju robot pređe, kako se bilježi kut pod kojim se naginje, i još mnogo toga.
Budući IT stručnjak će, naravno, zaroniti u programiranje robota, analizirajući algoritme prema kojima se kreće. I neizbježno će stvarati svoje, koje nisu predviđene u službenoj instrukciji.
Strastveni zaljubljenik u fiziku moći će pomoću robota provoditi praktične eksperimente, jer setovi imaju dovoljne senzore, kao što i dijete ima maštu.
Ukratko, kakva god bila djetetova interesovanja i omiljeni predmeti u školi, učenje uz pomoć setova MINDSTORMS EV3 omogućit će da se oni jasnije istaknu i fokusiraju na njihov razvoj u budućnosti.
U životu
Trenutno rješenja kompanije koriste učenici za izradu zanimljivih projekata, kako u okviru raznih natjecanja, tako i za opće usavršavanje. O nekima od njih pisali su mediji ove godine.
Učenici iz Astrakhana Ruslan Kazimov i Mihail Gladyshev razvili su robot-trenažer za rehabilitaciju zapešća u okviru regionalnog tehnološkog parka.
foto — rg.ru
Osmaši su na razvoju simulatora proveli nešto manje od dva mjeseca. Predstavili su svoj projekt na regionalnoj fazi IX. sve-ruske konkurencije znanstveno-inovativnih projekata u SFJ, gdje su osvojili drugo mjesto. U budućnosti planiraju stvoriti industrijski uzorak – za sada programeri nude samo prototip izrađen iz obrazovnog robotičkog kompleta LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Uređaj duplicira pokrete koje izvodi liječnik – zglobovi počinju raditi, čime se obnavlja pokretljivost ne samo njih, već i grupa mišića. Trenutno su uređaji povezani putem Bluetootha, a u budućnosti će međusobno komunicirati putem interneta ili Wi-Fi-a.
Slični uređaji postoje na tržištu, no astrahanski uređaj može raditi simultano s ramenom, zapešćem i lakatom. Osim toga, prijenosan je i radi na akumulator. Također postoji mogućnost daljinskog upravljanja, tj. pacijent može trenirati ne izlazeći iz kuće.
Na Svjetskoj olimpijadi robotike 2015. (WRO 2015) ruski tim DRL iz Sankt Peterburga nagrađen je posebnom nagradom za kreativnost od kompanije LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Ruski tim DRL predstavio je projekt CaveBot. Dječaci iz Sankt Peterburga pod vodstvom trenera Sergeja Filipova stvorili su jedinstvenog robota-istraživača za otkrivanje neistraženih oblasti u špiljama. Razvoj se dotiče različitih znanstvenih područja, jer jedinstveni robot omogućava izvršavanje raznolikih zadataka po složenosti.
Tim je izgradio robota penjača, opremljenog raznim senzorima, za otkrivanje predmeta u svrhu njihovog daljnjeg istraživanja. Dobiveni podaci mogu se pretvoriti u 3D modele na računalu.
A 13-godišnji Shubham Banerjee stvorio je iz dijelova LEGO-a u okviru školskog znanstvenog projekta. Kasnije je, uz pomoć svoje obitelji, osnovan startup za pokretanje izuma, koji je dobio financijsku podršku od tehničke korporacije Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideja o stvaranju printera došla je Shubhamu nakon istraživanja Braillea na internetu. Shvativši da printeri za slijepe ispise koštaju od 2.000$ pa naviše, školarac je odlučio napraviti jeftiniju verziju.
Ubrzo nakon izuma, slijepa djeca i njihovi roditelji počeli su se povezivati sa Shubhamom s jedinom molbom - da napravi jeftin Brailleov pisač, obećavajući "kupiti ga odmah s police."
Kao što vidite, korištenje MINDSTORMS Education EV3 u obrazovnom procesu omogućava učenicima da maksimalno koriste svoju maštu, stvarajući nove i nove mehanizme koji ne samo da pomažu u realizaciji ideja ili demonstraciji eksperimenata, već i pomažu u definiranju njihove buduće profesije.
Ako imate pitanja o korištenju ovih rješenja u obrazovanju (ili o samim proizvodima) - slobodno ih postavite u komentarima.
Izvor: habr.com
