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Una famosa parabola racconta che quando una giovane madre con un bambino in braccio si rivolse al saggio e gli chiese a che età avrebbe dovuto iniziare ad allevare la sua prole, il vecchio rispose che era in ritardo di tanti anni quanti ne aveva già il bambino . La situazione con la scelta di una futura vocazione è abbastanza simile. È difficile esigere da un bambino la consapevolezza delle proprie inclinazioni e interessi, ma già al liceo iniziano tutti i tipi di specializzazioni, e a questo punto sarebbe bello sapere già in quale direzione muovere il bambino adulto. Ma una cosa che sappiamo già con quasi certezza è che nei prossimi decenni dal 30 all’80% delle professioni sarà completamente automatizzato.
La robotica, la cibernetica e la comprensione degli algoritmi sono un insieme di abilità con le quali, molto probabilmente, una persona non dovrà affrontare prospettive così vaghe. Naturalmente, molto probabilmente, parallelamente alla sostituzione della forza lavoro con i robot, si svilupperà anche il concetto di un reddito di base incondizionato, ma è improbabile che tu voglia un futuro del genere per tuo figlio.
Oggi esistono molti modi per mostrare rapidamente a un pubblico giovane e interessato le basi della programmazione e della robotica. Sono tutti poco costosi, abbastanza facili da imparare e in poche ore forniscono una comprensione delle basi degli algoritmi e dei concetti dei dispositivi cibernetici. Ma nelle aule è facile incontrare gli svantaggi di queste piattaforme: limitata resistenza all'usura (e, ammettiamolo, anche "resistenza idiota") delle breadboard, interfacce software poco amichevoli per i bambini di 11-12 anni e un volume relativamente piccolo elemento “gioco”.
Il più famoso produttore di set educativi, LEGO Education, lotta con tutte queste carenze da più di vent'anni. Stiamo ovviamente parlando della piattaforma MINDSTORMS Education EV3. Dal Mindstorms RCX prodotto nei primi anni '90 al più moderno complesso MINDSTORMS Education EV3, il principio di formazione della piattaforma rimane lo stesso. Si basa su un “mattone intelligente”, un microcomputer dotato di schermo e porte I/O a cui sono collegati tutti gli altri componenti. Come in ogni sistema robotico, i dispositivi periferici sono suddivisi in sensori ed effettori. Con l'aiuto dei sensori, il robot percepisce il mondo che lo circonda e, grazie agli effettori, reagisce secondo il programma programmato. I componenti della piattaforma sono collegati tra loro con semplici cavi senza saldature, e le strutture meccaniche sono limitate solo dalla resistenza delle parti in plastica e dalla fantasia dei progettisti.
Abbiamo considerato le possibilità di tali soluzioni in generale, ma ora vogliamo soffermarci più in dettaglio su LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 è reso compatibile con le parti Lego Technic. Ciò significa che la piattaforma può essere utilizzata per creare un’ampia varietà di progetti persino incredibili, da semplici “automobili” e “mani robotiche” a complessi trasportatori o persino “risolutori del cubo di Rubik”. Praticamente qualsiasi set Lego Technic può essere utilizzato come fonte di pezzi per i progetti e non ci saranno problemi a sostituire i pezzi di ricambio danneggiati. Sì, non sembrano brutali come i vecchi kit di costruzione sovietici in alluminio, ma in pratica risultano essere ancora più resistenti dei prodotti in metallo. Almeno nella mia collezione, iniziata nel 1993, non è stata ancora scoperta una sola parte rotta.
Il set educativo di base MINDSTORMS Education EV3 viene fornito con 541 pezzi Lego Technic. Può essere acquistato come set di risorse specializzate come (o il vecchio 9648, prodotto per NXT), o semplicemente un costruttore di caratteri grandi (2800 parti) o (quasi 4000 parti) e, dopo aver giocato abbastanza con il modello principale, usarlo come “mattoni” per esperimenti cibernetici. In termini di un pezzo, Lego è molto più avanti rispetto agli altri set qui: solo 3-5 rubli per pezzo.
Bene, se qualcuno ha una vecchia collezione che include decine di migliaia di parti, non dovrai preoccuparti affatto delle risorse.
Screenshot dal servizio Brickset (un database interattivo per possessori di kit di costruzione Lego che permette di raccogliere una serie di statistiche) dell'autore
Ciò vale però solo per gli elementi “passivi” come travi, ruote o perni di collegamento. Sensori ed effettori, ovviamente, sono molto più costosi, ma nel kit di base ce ne sono più che sufficienti. Mindstorms EV3 viene fornito completo di tre motori (due più grandi e potenti e un servo compatto), una coppia di sensori tattili (una sorta di pulsanti "intelligenti"), sensori ultrasonici, giroscopici e di colore (può funzionare anche in modalità sensore di luce) . Inoltre, viene mantenuta la compatibilità con i sensori della generazione precedente di robot Lego Education, Mindstorms NXT (questo include, ad esempio, un sensore del livello di rumore).
Ma torniamo allo “smart brick”, il cuore del sistema. Questo è davvero un "mattone" piuttosto pesante e voluminoso, dotato di uno schermo LCD monocromatico 178x128 (su di esso non viene visualizzato solo il menu, ma anche tutti i tipi di immagini personalizzate durante il funzionamento) con un colore di retroilluminazione variabile. Utilizzando cavi con un connettore RJ-12 standard, sensori ed effettori sono collegati ad esso (fino a quattro dispositivi di ciascun tipo), c'è uno slot per microSDHC e una porta USB.
Quest'ultimo può essere utilizzato sia per scaricare i programmi stessi che per aggiornare il firmware. Tuttavia, il microcontrollore non è privato di interfacce wireless, se lo si desidera è possibile scaricare programmi tramite Wi-Fi (è richiesto un modulo esterno) o Bluetooth (integrato). Inoltre, se stiamo assemblando un robot telecomandato, possiamo “guidarlo” utilizzando la comunicazione wireless da uno smartphone o un tablet.
All'interno dello “smart brick” risiede un processore ARM da 300 MHz, 16 megabyte di memoria permanente (ed ecco perché la scheda è utile) e 64 megabyte di RAM. Non importa quanto modesti possano sembrare questi numeri, c'è una potenza più che sufficiente per eseguire anche gli algoritmi più estesi che tu, o ancor di più un bambino nel processo di apprendimento, puoi scrivere. E se lo confrontiamo con il processore da 48 MHz della generazione precedente NXT, che ha recentemente compiuto dieci anni, i progressi sono abbastanza evidenti. Tuttavia, non si può dire che NXT rallenti notevolmente il processo di risoluzione dei problemi tipici.
Inoltre, è apparsa una quarta porta per i motori, che di per sé rappresenta una significativa espansione delle funzionalità che giustifica l'aggiornamento.
La porta USB ora supporta la modalità host, ciò consente non solo di collegare un adattatore Wi-Fi, ma anche di collegare diversi blocchi EV3 in un robot complesso. È vero, il livello dei compiti diventa completamente "non infantile".
Infine, MINDSTORMS Education EV3 ora supporta la batteria. Invece di sei batterie AA, puoi installare la batteria agli ioni di litio inclusa per due ore e mezza ampere. Naturalmente nessuno vieta l'uso di batterie AA di tipo eneloop, ma la necessità di rimuoverle per la ricarica rende l'usabilità inferiore alla media. E il prezzo di una coppia di kit eneloop con caricabatterie è abbastanza paragonabile a una batteria di marca.
Oh sì, c'è un altoparlante grande e potente che ora non solo può strillare brani retrò dell'era 8 bit, ma anche riprodurre suoni più piacevoli.
Ora diamo un'occhiata agli effettori del set base. Due di loro sono potenti motori simili a quelli già utilizzati nell'NXT, dispositivi oblunghi che sviluppano una coppia notevole grazie ad un riduttore interno.
Nel caso in cui il motore si blocchi, è prevista una frizione meccanica, che comincia a slittare se l'attrito è maggiore di quello calcolato, per cui è abbastanza difficile bruciare il motore.
È presente un sensore dell'angolo di rotazione con una risoluzione di un grado (il motore comunica al controller di quale angolo è attualmente ruotato il suo asse) e la capacità di sincronizzare accuratamente la rotazione di tutti i motori collegati.
Il terzo, il cosiddetto servoazionamento M (motore di medie dimensioni), produce una coppia tre volte inferiore, ma la sua velocità di rotazione è quasi il doppio.
Per quanto riguarda i sensori, non devi limitarti a quelli offerti da LEGO Education (anche se sono alle stelle per qualsiasi progetto educativo), diverse società di terze parti producono sensori compatibili e talvolta piuttosto esotici. Codice sorgente del firmware e specifiche hardware complete .
Software
Abbiamo parlato molto di hardware, ma in realtà non è l'unica cosa che determina l'efficacia delle lezioni di robotica. È la presenza di software veramente intuitivi su più piattaforme (Mac, PC, dispositivi mobili) e rende LEGO MINDSTORMS Education EV3 la piattaforma d'elezione per l'apprendimento, soprattutto tra la scuola primaria e quella secondaria, per i bambini dai dieci anni.
Schermata di benvenuto dell'app su iPad
La visualizzazione degli algoritmi nel software nativo LEGO MINDSTORMS Education EV3 è semplicemente al massimo livello: in pochi minuti è sufficiente padroneggiare i principali tipi di interazione dei blocchi logici (condizioni di transizione, loop, ecc.) e quindi aumentare gradualmente la capacità complessità dei programmi. Naturalmente, ci sono progetti educativi già pronti per dozzine di diversi modelli di robot e, se lo desideri, puoi trovare migliaia di programmi interessanti nelle comunità online.
Programma di esempio in un'applicazione per iPad
Gli utenti esperti possono installare LabVIEW o RobotC: i "cervelli" di LEGO MINDSTORMS Education EV3 sono completamente compatibili con questi pacchetti. Sfortunatamente non sarà possibile esportare vecchi progetti per NXT senza un’ulteriore conversione.
Da un punto di vista educativo, è di molto maggiore interesse . Permette di tenere dei quaderni elettronici per gli studenti, grazie ai quali l'insegnante può valutare il successo di un particolare studente dalla sua versione dell'applicazione e monitorare i suoi progressi. Inoltre, puoi utilizzare non solo il materiale didattico disponibile a bordo del software (ce ne sono molti), ma anche crearne uno tuo utilizzando l'editor di contenuti integrato.
Video tutorial sull'editor di contenuti EV3
La versione desktop dispone anche di un'utilità di registrazione dei dati con la possibilità di programmare le aree del grafico in base ai valori di soglia. Cioè, ora un insegnante può facilmente dimostrare, ad esempio, il funzionamento delle moderne tecnologie all'interno di una casa intelligente.
Il microcomputer EV3 raccoglierà i dati dai sensori in tempo reale e, a seconda della temperatura di fondo, avvierà l'uno o l'altro programma modello. Quando la temperatura è alta, la ventola si accende e quando la temperatura è bassa, il riscaldatore si accende. E gli studenti saranno in grado di registrare e analizzare i dati, finalizzando il modello.
Registrazione dati
L'apertura del firmware "smart brick" ha già giocato il suo ruolo: esistono opzioni alternative che supportano i linguaggi di programmazione più diffusi (dozzine). In generale, l’uso di EV3 può essere “allegato” a qualsiasi progetto educativo legato alla programmazione, poiché poche cose sono così piacevoli come l’opportunità di vedere il lavoro dei propri algoritmi “nell’hardware”.
Molti si aspettano che l’ostacolo in questa storia possa essere il prezzo. Infatti, per il set Basic dovrai pagare 29 rubli, più altri 900 per la ricarica. Tuttavia, questo importo include parti ed elettronica per il lavoro confortevole di due studenti, nonché un software di base completo con 2 lezioni già pronte (che da gennaio 500 è completamente gratuito sia per gli individui che per le organizzazioni). Naturalmente, equipaggiamenti aggiuntivi e kit di missione possono aumentare il costo, ma entro limiti ragionevoli. Quindi un kit per 48 studenti, inclusi set di base e risorse LME EV2016, caricabatterie, software e , costerà 174, abbastanza accettabile per attrezzare, ad esempio, un circolo a scuola.
Sì, è notevolmente più costoso delle semplici piattaforme simili ad Arduino. Ma le opportunità, così come il livello di coinvolgimento, sono molto più elevate. Il curriculum basato su EV3 può essere pianificato in modo sicuro durante la scuola superiore e oltre. Inoltre, con un uso adeguato di LEGO MINDSTORMS Education EV3, semplicemente “sopravviverà” a diversi kit semplici grazie alle qualità meccaniche, alla facile sostituibilità e alla disponibilità delle parti (nella mia pratica, solo un cavo RJ-12 richiedeva la sostituzione nell'arco di 10 anni). vecchio NXT).
Di conseguenza, vediamo un progetto quasi open source supportato da un'azienda gigante con tutti i bonus richiesti in una situazione del genere: un lungo ciclo di vita, disponibilità di pezzi di ricambio ed estensioni, guide ufficiali e amatoriali, una comunità sviluppata. Mindstorms è diventato quasi uno standard nei corsi occidentali di robotica educativa per bambini, e sarebbe davvero bello vederlo ampiamente adottato in Russia.
Scelta del percorso
E ora veniamo alla cosa principale. A differenza dei set WeDo 2.0, EV3 si rivolge alle scuole superiori, e quindi ai ragazzi più grandi, per i quali la questione della scelta di una futura professione è più seria.
Utilizzando EV3, ogni studente sarà in grado di rivelare più attivamente le capacità che erano inerenti a lui per natura, educazione e processo educativo.
Un matematico nato monitorerà da vicino la telemetria dei sensori, come viene registrata esattamente la distanza percorsa dal robot, come viene registrato l'angolo di deviazione e così via.
Il futuro specialista IT, ovviamente, si immergerà nella programmazione del robot, analizzando gli algoritmi con cui si muove. E ne creerà sicuramente uno suo, non previsto dalle istruzioni standard.
Un bambino appassionato di fisica potrà condurre esperimenti visivi con l'aiuto di un robot; fortunatamente i set non hanno problemi con i sensori, così come il bambino non ha problemi con l'immaginazione.
Nel complesso, indipendentemente dagli interessi e dalle materie preferite di tuo figlio a scuola, l'apprendimento con i set MINDSTORMS EV3 consentirà loro di essere evidenziati più chiaramente e di concentrarsi sul loro sviluppo futuro.
Nella vita
Al momento, le soluzioni dell'azienda vengono già utilizzate dagli studenti per creare progetti interessanti, sia come parte di vari concorsi che per lo sviluppo generale. I media ne hanno parlato parecchi quest'anno.
Gli scolari di Astrakhan Ruslan Kazimov e Mikhail Gladyshev, con sede nel parco tecnologico regionale, hanno sviluppato un simulatore robotico per la riabilitazione delle articolazioni delle mani.
foto - rg.ru
Gli alunni dell'ottavo anno hanno trascorso poco meno di due mesi a sviluppare il simulatore. Hanno presentato il loro progetto nella fase regionale del IX concorso panrusso di progetti scientifici e innovativi nel Distretto Federale Meridionale, dove si sono classificati al secondo posto. In futuro, hanno in programma di creare un prototipo industriale: per ora gli sviluppatori offrono solo un prototipo realizzato con il set robotico educativo LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Il dispositivo duplica i movimenti eseguiti dal medico: le articolazioni iniziano a funzionare, ripristinando così la mobilità non solo di esse, ma anche dei gruppi muscolari. Mentre i dispositivi sono collegati tramite Bluetooth, in futuro comunicheranno tramite Internet o Wi-Fi.
Esistono analoghi di tale dispositivo sul mercato, ma il dispositivo Astrakhan può funzionare contemporaneamente con le articolazioni della spalla, del polso e del gomito. Inoltre è portatile e funziona a batteria. C'è anche la possibilità del controllo remoto, cioè il paziente può allenarsi senza uscire di casa.
Alle Olimpiadi mondiali di robotica 2015 (WRO 2015) la squadra russa DRL di San Pietroburgo ha ricevuto un premio speciale per la creatività da LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Il team russo DRL ha presentato il progetto CaveBot. I ragazzi di San Pietroburgo, sotto la guida dell'allenatore Sergei Filippov, hanno creato un esploratore robotico unico per scoprire aree inesplorate nelle caverne. Lo sviluppo copre vari campi scientifici, poiché il robot unico rende possibile eseguire compiti di varia complessità.
Il team ha costruito un robot arrampicatore dotato di vari sensori per rilevare oggetti da esplorare successivamente. I dati risultanti possono essere trasformati in modelli 3D su un computer.
E il tredicenne Shubham Banerjee ha creato Braille realizzato con pezzi LEGO per un progetto di scienze scolastiche. Successivamente, con la partecipazione della sua famiglia, è stata creata una startup per lanciare l'invenzione, che ha ricevuto il sostegno finanziario della società tecnologica Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
L'idea di creare una stampante è venuta a Shubham dopo aver ricercato il Braille su Internet. Rendendosi conto che le stampanti per la digitazione a tocco costano dai 2,000 dollari in su, lo studente ha deciso di realizzare una versione più economica.
Subito dopo l'invenzione, i bambini ciechi e i loro genitori iniziarono a contattare Shubham con un'unica richiesta: realizzare una stampante Braille poco costosa, promettendo di "acquistarla subito dallo scaffale".
Come puoi vedere, l'uso di MINDSTORMS Education EV3 nel processo di apprendimento consente agli studenti di sfruttare al massimo la propria immaginazione, creando sempre più nuovi meccanismi che non solo aiutano a realizzare idee o a condurre visivamente eventuali esperimenti, ma iniziano anche a decidere la loro futura professione.
Se hai domande sull'utilizzo di queste soluzioni nel processo educativo (o sui prodotti stessi), scrivile nei commenti.
Fonte: habr.com