slika – roboconstructor.ru
Poznata prispodoba kaže da kada se mlada majka s djetetom u naručju obratila mudracu i upitala ga u kojoj dobi treba početi odgajati svoje potomstvo, starac joj je odgovorio da je zakasnila onoliko godina koliko je dijete već imalo. . Dosta je slična situacija s odabirom budućeg zanimanja. Teško je od bebe zahtijevati svijest o svojim sklonostima i interesima, ali već u srednjoj školi počinju svakakve specijalizacije, a do tada bi bilo lijepo već znati u kojem smjeru krenuti odraslo dijete. Ali jedno već znamo gotovo sigurno je da će tijekom sljedećih desetljeća od 30 do 80% profesija biti potpuno automatizirano.
Robotika, kibernetika i razumijevanje algoritama skup su vještina s kojima se, najvjerojatnije, osoba neće suočiti s tako nejasnim izgledima. Naravno, najvjerojatnije će se paralelno sa zamjenom radne snage robotima razvijati i koncept bezuvjetnog temeljnog dohotka, no malo je vjerojatno da želite takvu budućnost za svoje dijete.
Sada postoji mnogo načina da mladoj i zainteresiranoj publici brzo pokažete osnove programiranja i robotike. Svi oni su jeftini, prilično jednostavni za naučiti i unutar nekoliko sati pružaju razumijevanje osnova algoritama i koncepata kibernetičkih uređaja. Ali u učionicama je lako naići na nedostatke ovih platformi - ograničenu otpornost na habanje (i suočimo se s tim, "otpornost na idiote" također) matičnih ploča, softverska sučelja koja nisu baš prilagođena djeci od 11 do 12 godina i relativno mali element "igre".
Najpoznatiji proizvođač edukativnih setova LEGO Education već se više od dvadeset godina bori sa svim tim nedostacima. Naravno, govorimo o platformi MINDSTORMS Education EV3. Od Mindstorms RCX proizvedenog ranih 90-ih do najsuvremenijeg kompleksa MINDSTORMS Education EV3, princip formiranja platforme ostaje isti. Temelji se na “inteligentnoj cigli”, mikroračunalu s ekranom i I/O portovima na koje su spojene sve ostale komponente. Kao u svakom robotskom sustavu, periferni uređaji se dijele na senzore i efektore. Uz pomoć senzora, robot percipira svijet oko sebe, a zahvaljujući efektorima, reagira na njega u skladu s programiranim programom. Komponente platforme povezane su jednostavnim kabelima bez lemljenja, a mehaničke strukture ograničene su samo čvrstoćom plastičnih dijelova i maštom dizajnera.
Općenito smo razmotrili mogućnosti takvih rješenja, ali sada se želimo detaljnije osvrnuti na LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 kompatibilan je s Lego Technic dijelovima. To znači da se platforma može koristiti za stvaranje širokog spektra, pa čak i nevjerojatnih dizajna, od jednostavnih "automobila" i "robotskih ruku" do složenih pokretnih traka ili čak "rješavača Rubikove kocke". Gotovo svaki Lego Technic set može se koristiti kao izvor dijelova za projekte, a neće biti problema sa zamjenom oštećenih rezervnih dijelova. Da, ne izgledaju tako brutalno kao stari sovjetski aluminijski građevinski komplet, ali u praksi se ispostavlja da su čak jači od metalnih proizvoda. Barem u mojoj kolekciji, koja je počela 1993. godine, još nije pronađen niti jedan polomljeni dio.
Osnovni obrazovni set MINDSTORMS Education EV3 dolazi s 541 Lego Technic dijelom. Može se kupiti kao specijalizirani set resursa poput (ili stariji 9648, proizveden za NXT), ili samo konstruktor velikog tipa (2800 dijelova) ili (gotovo 4000 dijelova), i nakon što se dovoljno poigrate s glavnim modelom, koristite ga kao "cigle" za kibernetičke eksperimente. Što se tiče jednog komada, Lego je ovdje mnogo ispred ostalih setova - samo 3-5 rubalja po komadu.
Pa, ako netko ima staru kolekciju koja uključuje desetke tisuća dijelova, onda se uopće nećete morati brinuti o resursima.
Snimak zaslona usluge Brickset (interaktivna baza podataka za vlasnike Lego konstrukcionih kompleta koja vam omogućuje prikupljanje raznih statistika) autora
Međutim, to se odnosi samo na "pasivne" elemente kao što su grede, kotači ili spojni klinovi. Senzori i efektori, naravno, puno su skuplji, ali ih ima više nego dovoljno u osnovnom kompletu. Mindstorms EV3 dolazi u kompletu s tri motora (dva veća i snažnija i jedan kompaktni servo), parom senzora za dodir (neka vrsta "pametnih" tipki), ultrazvučnim, žiroskopskim i senzorom za boju (može raditi i u modu svjetlosnog senzora) . Osim toga, zadržana je kompatibilnost sa senzorima iz prethodne generacije Lego Education robota, Mindstorms NXT (to uključuje, na primjer, senzor razine buke).
Ali vratimo se "pametnoj cigli", srcu sustava. Ovo je doista prilično teška i voluminozna "cigla", opremljena jednobojnim LCD zaslonom od 178x128 (na njemu se ne prikazuje samo izbornik, već i sve vrste prilagođenih slika tijekom rada) s promjenjivom bojom pozadinskog osvjetljenja. Pomoću žica sa standardnim RJ-12 konektorom na njega se spajaju senzori i efektori (do četiri uređaja svake vrste), tu je utor za microSDHC i USB priključak.
Potonji se može koristiti i za preuzimanje samih programa i za ažuriranje firmvera. Međutim, mikrokontroler nije lišen bežičnih sučelja, po želji možete preuzeti programe putem Wi-Fi (zahtijeva vanjski modul) ili Bluetooth (ugrađen). Također, ako sastavljamo robota na daljinsko upravljanje, njime možemo “upravljati” bežičnom komunikacijom s pametnog telefona ili tableta.
Unutar “pametne cigle” živi ARM procesor od 300 MHz, 16 megabajta stalne memorije (i zato je kartica korisna) i 64 megabajta RAM-a. Koliko god ove brojke izgledale skromne, ima više nego dovoljno snage za izvršavanje i najopsežnijih algoritama koje vi, ili još više dijete u procesu učenja, možete napisati. A ako ga usporedite s 48 MHz procesorom prethodne generacije NXT-a koji je nedavno napunio deset godina, napredak je itekako vidljiv. Međutim, ne može se reći da NXT značajno usporava proces rješavanja tipičnih problema.
Plus, pojavio se i četvrti priključak za motore, što je samo po sebi značajno proširenje funkcionalnosti koje opravdava nadogradnju.
USB priključak sada podržava način rada domaćina, što vam omogućuje ne samo povezivanje Wi-Fi adaptera, već i povezivanje nekoliko EV3 blokova u jednog složenog robota. Istina, razina zadataka postaje potpuno "ne djetinjasta".
Konačno, MINDSTORMS Education EV3 sada ima podršku za baterije. Umjesto šest AA baterija, možete ugraditi priloženu litij-ionsku bateriju od dva i pol amper sata. Naravno, nitko ne zabranjuje korištenje eneloop AA baterija, ali potreba za njihovim uklanjanjem radi punjenja čini upotrebljivost ispod prosjeka. A cijena para kompleta eneloop s punjačem sasvim je usporediva s markiranom baterijom.
O da, tu je veliki, glasan zvučnik koji sada ne samo da može cviliti retro melodije iz 8-bitne ere, već i puštati ugodnije zvukove.
Sada pogledajmo efektore iz osnovnog skupa. Dva od njih su snažni motori slični onima koji se već koriste u NXT-u, duguljasti uređaji koji razvijaju ozbiljan okretni moment zahvaljujući unutarnjem reduktoru.
U slučaju da je motor blokiran, predviđena je mehanička spojka, koja počinje proklizavati ako je trenje veće od proračunskog, pa je dosta teško spaliti motor.
Tu je senzor kuta rotacije s rezolucijom od jednog stupnja (motor govori kontroleru za koji je kut trenutno zakrenuta njegova os) i mogućnost točne sinkronizacije rotacije svih povezanih motora.
Treći, tzv. M-servo pogon (motor srednje veličine) proizvodi tri puta manji moment, ali mu je brzina vrtnje gotovo dvostruko veća.
Što se tiče senzora, ne morate se zapravo ograničiti na one koje nudi LEGO Education (iako su oni preko krova za svaki obrazovni projekt), brojne tvrtke trećih strana proizvode kompatibilne i ponekad prilično egzotične senzore. Izvorni kod firmvera i specifikacije hardvera u cijelosti .
Softver
Puno smo pričali o hardveru, ali zapravo, on nije jedina stvar koja određuje učinkovitost nastave robotike. To je prisutnost uistinu intuitivnog softvera na više platformi (Mac, PC, mobilni uređaji) i čini LEGO MINDSTORMS Education EV3 platformom izbora za učenje, posebno između osnovne i srednje škole, za djecu od deset godina.
Zaslon dobrodošlice aplikacije na iPadu
Vizualizacija algoritama u izvornom softveru LEGO MINDSTORMS Education EV3 jednostavno je na najvišoj razini - u samo nekoliko minuta dovoljno je savladati glavne vrste interakcije logičkih blokova (uvjeti prijelaza, petlja itd.), a zatim postupno povećavati složenost programa. Naravno, postoje gotovi obrazovni projekti za desetke različitih modela robota, a ako želite, možete pronaći tisuće zanimljivih programa u internetskim zajednicama.
Primjer programa u aplikaciji za iPad
Napredni korisnici mogu instalirati LabVIEW ili RobotC - "mozgovi" LEGO MINDSTORMS Education EV3 potpuno su kompatibilni s ovim paketima. Nažalost, neće biti moguće izvesti stare projekte za NXT bez dodatne konverzije.
S obrazovnog gledišta, to je od puno većeg interesa . Omogućuje vođenje elektroničkih bilježnica za učenike, zahvaljujući kojima nastavnik iz svoje verzije aplikacije može ocjenjivati uspjeh pojedinog učenika i pratiti njegov napredak. Osim toga, možete koristiti ne samo obrazovne materijale dostupne u softveru (kojih ima mnogo), već i izraditi vlastite pomoću ugrađenog uređivača sadržaja.
Videozapisi s uputama za EV3 Content Editor
Verzija za stolna računala također ima uslužni program za snimanje podataka s mogućnošću programiranja područja grafikona ovisno o vrijednostima praga. Odnosno, sada učitelj može jednostavno demonstrirati rad modernih tehnologija u okviru, primjerice, pametne kuće.
Mikroračunalo EV3 prikupljat će podatke sa senzora u stvarnom vremenu i, ovisno o pozadini temperature, pokrenuti jedan ili drugi program modela. Kada je temperatura visoka, uključuje se ventilator, a kada je temperatura niska, uključuje se grijač. A studenti će moći snimati i analizirati podatke, finalizirajući model.
Bilježenje podataka
Otvorenost firmvera "pametne cigle" već je odigrala svoju ulogu: postoje alternativne opcije koje podržavaju većinu popularnih programskih jezika (desetke njih). Uglavnom, korištenje EV3 može se "pričvrstiti" uz bilo koji obrazovni projekt vezan uz programiranje, jer malo je stvari koje su tako ugodne kao prilika vidjeti rad vlastitih algoritama "u hardveru".
Mnogi očekuju da bi kamen spoticanja u ovoj priči mogla biti cijena. Doista, za osnovni set morat ćete platiti 29 rubalja, plus još 900 za punjenje. Međutim, ovaj iznos uključuje dijelove i elektroniku za ugodan rad dva učenika, kao i potpuni osnovni softver s 2 gotovih lekcija (koji je od siječnja 500. potpuno besplatan za pojedince i organizacije). Naravno, dodatna oprema i kompleti za misije mogu povećati trošak, ali u razumnim granicama. Dakle, komplet za 48 učenika, uključujući osnovne i resursne setove LME EV2016, punjače, softver i , koštat će 174 900. Sasvim prihvatljivo za opremanje, primjerice, kruga u školi.
Da, osjetno je skuplji od jednostavnih platformi sličnih Arduinu. Ali mogućnosti, kao i razina uključenosti, mnogo su veće. Kurikulum temeljen na EV3 može se sigurno planirati tijekom srednje škole i izvan nje. Osim toga, uz odgovarajuću upotrebu LEGO MINDSTORMS Education EV3 jednostavno će "nadživjeti" nekoliko jednostavnih kompleta zbog mehaničkih kvaliteta, lake zamjenjivosti i dostupnosti dijelova (u mojoj praksi samo je jedan RJ-12 kabel zahtijevao zamjenu u 10-godišnjem stari NXT).
Kao rezultat toga, vidimo projekt gotovo otvorenog koda koji podržava gigantska tvrtka sa svim bonusima potrebnim u takvoj situaciji - dugim životnim ciklusom, dostupnošću rezervnih dijelova i proširenja, službenim i amaterskim vodičima, razvijenom zajednicom. Mindstorms je postao gotovo standard u zapadnjačkim obrazovnim satovima robotike za djecu, i bilo bi stvarno cool vidjeti ga široko prihvaćenog u Rusiji.
Odabir puta
A sada na ono glavno. Za razliku od WeDo 2.0 setova, EV3 je namijenjen srednjoškolcima, a time i starijoj djeci, za koju je pitanje odabira budućeg zanimanja ozbiljnije.
Koristeći EV3, svaki će učenik moći aktivnije otkriti sposobnosti koje su mu bile svojstvene prirodom, odgojem i obrazovnim procesom.
Rođeni matematičar pomno će pratiti telemetriju senzora, kako se točno bilježi prijeđena udaljenost robota, kako se bilježi kut za koji odstupa i slično.
Budući informatičar će se, naravno, udubiti u programiranje robota, analizirajući algoritme po kojima se on kreće. I on će sigurno stvoriti svoje, koje nije predviđeno standardnim uputama.
Dijete koje voli fiziku moći će provoditi vizualne pokuse uz pomoć robota, srećom setovi nemaju problema sa senzorima, kao što dijete nema problema s maštom.
Sve u svemu, bez obzira na interese i omiljene predmete vašeg djeteta u školi, učenje uz MINDSTORMS EV3 setove omogućit će da ono bude jasnije istaknuto i usmjereno na njegov razvoj u budućnosti.
U životu
Rješenja tvrtke trenutno već koriste studenti za izradu zanimljivih projekata, kako u sklopu raznih natjecanja tako i za opći razvoj. O nizu njih mediji su pisali ove godine.
Astrahanski školarci Ruslan Kazimov i Mikhail Gladyshev, sa sjedištem u regionalnom tehnološkom parku, razvili su robotski simulator za rehabilitaciju zglobova ruku.
fotografija - rg.ru
Učenici osmih razreda u izradi simulatora proveli su nešto manje od dva mjeseca. Svoj su projekt predstavili na regionalnoj pozornici IX Sveruskog natjecanja znanstvenih i inovativnih projekata u Južnom federalnom okrugu, gdje su zauzeli drugo mjesto. U budućnosti planiraju izraditi industrijski prototip - za sada programeri nude samo prototip napravljen od LEGO MINDSTORMS Education EV3 obrazovnog robotskog seta.
Uređaj duplicira pokrete koje izvodi liječnik - zglobovi počinju raditi, čime se vraća pokretljivost ne samo njih, već i mišićnih skupina. Dok su uređaji povezani Bluetoothom, ubuduće će komunicirati putem interneta ili Wi-Fi-ja.
Na tržištu postoje analozi takvog uređaja, ali astrakhanski uređaj može raditi istovremeno sa zglobovima ramena, zgloba i lakta. Štoviše, prenosiv je i radi na baterije. Postoji i mogućnost daljinskog upravljanja, odnosno pacijent može trenirati bez napuštanja doma.
Na Svjetskoj robotičkoj olimpijadi 2015. (WRO 2015) ruski tim DRL iz Sankt Peterburga nagrađen je posebnom nagradom za kreativnost LEGO Educationa (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Ruski DRL tim predstavio je projekt CaveBot. Momci iz Sankt Peterburga pod vodstvom trenera Sergeja Filippova napravili su jedinstvenog robotskog istraživača za otkrivanje neistraženih područja u špiljama. Razvoj pokriva različita znanstvena područja jer jedinstveni robot omogućuje obavljanje zadataka različite složenosti.
Tim je napravio robota za penjanje opremljenog raznim senzorima za otkrivanje objekata za naknadno istraživanje. Dobiveni podaci mogu se na računalu pretvoriti u 3D modele.
A 13-godišnji Shubham Banerjee je stvorio Brailleovo pismo izrađeno od LEGO dijelova za školski znanstveni projekt. Kasnije je uz sudjelovanje njegove obitelji stvoren startup za lansiranje izuma, koji je dobio financijsku potporu tehnološke korporacije Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Na ideju o izradi pisača Shubham je došao nakon istraživanja Brailleovog pisma na internetu. Shvativši da pisači za tipkanje dodirom koštaju 2,000 dolara i više, student je odlučio napraviti jeftiniju verziju.
Ubrzo nakon izuma, slijepa djeca i njihovi roditelji počeli su kontaktirati Shubhama s jednim zahtjevom - da naprave jeftin Brailleov pisač, obećavajući da će ga "kupiti odmah s police".
Kao što možete vidjeti, korištenje MINDSTORMS Education EV3 u procesu učenja omogućuje učenicima da maksimalno koriste svoju maštu, stvarajući sve više i više novih mehanizama koji ne samo da pomažu u realizaciji ideja ili vizualnom provođenju bilo kakvih eksperimenata, već i počinju odlučivati o njihovu buduću profesiju.
Ukoliko imate pitanja o korištenju ovih rješenja u obrazovnom procesu (ili o samim proizvodima), napišite ih u komentarima.
Izvor: www.habr.com