キャリアガイダンスにおけるレゴマインドストーム教育EV3

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有名な寓話では、子供を腕に抱いた若い母親が賢者に、何歳になったら子育てを始めるべきかと尋ねたところ、老人は、子供がすでに育ったのと同じくらい遅いと答えたという。 。将来の職業を選択する場合の状況も非常に似ています。赤ちゃんのうちに自分の傾向や興味を認識させるのは難しいですが、高校生になるとすでにあらゆる種類の専門分野が始まり、この頃には成人した子供がどの方向に進むべきかをすでに知っていると良いでしょう。しかし、私たちがすでにほぼ確実に知っていることの 30 つは、今後数十年間で、職業の 80 ～ XNUMX% が完全に自動化されるだろうということです。

ロボット工学、サイバネティクス、アルゴリズムの理解は、おそらく人がそのような漠然とした見通しに直面することのない一連のスキルです。もちろん、労働力のロボットへの置き換えと並行して、無条件のベーシックインカムの概念も発展する可能性が最も高いですが、子供にそのような未来を望んでいる可能性は低いでしょう。

現在では、興味を持った若い聴衆にプログラミングとロボット工学の基本をすぐに教える方法がたくさんあります。それらはすべて安価で、学習が非常に簡単で、数時間以内にアルゴリズムの基本とサイバネティック デバイスの概念を理解できるようになります。しかし、教室では、これらのプラットフォームの欠点に遭遇することがよくあります。ブレッドボードの耐摩耗性が限られていること（そして、正直に言うと、「バカ耐性」も）、ソフトウェア インターフェイスが 11 ～ 12 歳の子供にとってあまりフレンドリーではないこと、そして比較的小さなサイズであることです。 「ゲーム」要素。

教育セットの最も有名なメーカーであるレゴ エデュケーションは、3 年以上にわたってこれらすべての欠点と格闘してきました。もちろん、MINDSTORMS Education EV90 プラットフォームについて話しています。 3 年代初頭に作成された Mindsstorms RCX から最新の MINDSTORMS Education EVXNUMX 複合体に至るまで、プラットフォーム形成の原則は変わりません。これは、他のすべてのコンポーネントが接続される画面と I/O ポートを備えたマイクロコンピューターである「インテリジェント ブリック」に基づいています。他のロボット システムと同様に、周辺デバイスはセンサーとエフェクターに分類されます。センサーの助けを借りて、ロボットは周囲の世界を認識し、エフェクターのおかげで、プログラムされたプログラムに従ってそれに反応します。プラットフォームのコンポーネントは、はんだ付けを使用せずにシンプルなケーブルで接続されており、機械構造はプラスチック部品の強度と設計者の想像力によってのみ制限されます。

前回の投稿で このようなソリューションの可能性について一般的に検討しましたが、ここでは LEGO MINDSTORMS Education EV3 について詳しく説明したいと思います。

EV3

レゴ マインドストーム エデュケーション EV3 は、レゴ テクニック パーツと互換性があります。これは、このプラットフォームを使用して、単純な「車」や「ロボットハンド」から複雑なコンベア、さらには「ルービックキューブソルバー」に至るまで、多種多様で驚くべきデザインさえも作成できることを意味します。事実上、どのレゴ テクニック セットもプロジェクトのパーツ源として使用でき、破損したスペアパーツを問題なく交換できます。はい、旧ソ連のアルミニウム製組み立てキットほど見た目は残酷ではありませんが、実際には金属製品よりもさらに強力であることが判明しました。少なくとも、1993年から始まった私のコレクションでは、壊れた部品はまだ一つも発見されていません。

マインドストーム教育EV3基本教育セットには、541個のレゴテクニックピースが付属しています。次のような特殊なリソース セットとして購入できます。 45560 (または NXT 用に生成された古い 9648)、または単なる大きな型コンストラクター 42043 (2800 部品) または 42055 （部品数は約 4000）、メイン モデルで十分に遊んだ後は、それをサイバネティック実験の「レンガ」として使用します。 3ピースに関しては、レゴは他のセットよりもはるかに先を行っており、5ピースあたりわずかXNUMX〜XNUMXルーブルです。

そうですね、何万ものパーツを含む古いコレクションを持っている人がいれば、リソースについてまったく心配する必要はありません。

著者による Brickset サービス (さまざまな統計を収集できる、レゴ組み立てキットの所有者向けの対話型データベース) のスクリーンショット

ただし、これはビーム、ホイール、接続ピンなどの「受動的」要素にのみ適用されます。もちろん、センサーとエフェクターははるかに高価ですが、基本キットには十分すぎるほどのものが含まれています。 Mindstorms EV3 には、XNUMX つのモーター (XNUMX つのより大型で強力なサーボ、XNUMX つのコンパクトなサーボ)、一対のタッチ センサー (一種の「スマート」ボタン)、超音波、ジャイロスコープ、およびカラー センサー (光センサー モードでも動作可能) が装備されています。 。さらに、前世代のレゴ エデュケーション ロボット、マインドストーム NXT のセンサーとの互換性も維持されます (これには、たとえば、騒音レベル センサーが含まれます)。

しかし、システムの中心である「スマート レンガ」に戻りましょう。これは確かにかなり重くてボリュームのある「レンガ」で、バックライトの色を変更できる 178x128 のモノクロ LCD スクリーン (メニューだけでなく、操作中にあらゆる種類のカスタム画像も表示されます) を備えています。標準 RJ-12 コネクタ付きのワイヤを使用して、センサーとエフェクターを接続し (各タイプ最大 XNUMX 台のデバイス)、microSDHC 用のスロットと USB ポートがあります。

後者は、プログラム自体のダウンロードとファームウェアの更新の両方に使用できます。ただし、マイクロコントローラーにはワイヤレス インターフェイスが備わっていないため、必要に応じて、Wi-Fi (外部モジュールが必要) または Bluetooth (内蔵) 経由でプログラムをダウンロードできます。また、遠隔操作のロボットを組み立てる場合は、スマートフォンやタブレットからの無線通信を使用してロボットを「操縦」することもできます。

「スマート ブリック」の内部には、300 MHz ARM プロセッサ、16 メガバイトの永続メモリ (これがカードが役立つ理由です)、および 64 メガバイトの RAM が搭載されています。これらの数値がどれほど控えめに見えても、あなた、または学習過程にある子供が作成できる最も広範なアルゴリズムでさえ、実行するには十分すぎるほどの能力があります。そして、最近48年を迎えた前世代のNXTのXNUMXMHzプロセッサと比較すると、その進歩は非常に顕著です。ただし、NXT が典型的な問題を解決する過程で顕著に速度を低下させるとは言えません。

さらに、モーター用の XNUMX 番目のポートが登場しました。これ自体、アップグレードを正当化する大幅な機能拡張です。

USB ポートがホスト モードをサポートするようになりました。これにより、Wi-Fi アダプターを接続できるだけでなく、複数の EV3 ブロックを XNUMX つの複雑なロボットに接続することもできます。確かに、タスクのレベルは完全に「子供っぽくない」ものになります。

最後に、MINDSTORMS Education EV3 はバッテリーをサポートするようになりました。単三電池 XNUMX 本の代わりに、付属のリチウムイオン電池を取り付けると、XNUMX アンペア時間使用できます。もちろん、エネループタイプの単三電池の使用を禁止しているわけではありませんが、充電の際に単三電池を取り外す必要があるため、使い勝手は平均以下です。そして、充電器付きのエネループキットの価格は、ブランドのバッテリーとほぼ同等です。

そうそう、大きな大音量のスピーカーがあり、8ビット時代のレトロな曲を鳴らせるだけでなく、より快適なサウンドを再生できるようになりました。

では、基本セットのエフェクターを見ていきましょう。そのうちの XNUMX つは、NXT ですでに使用されているものと同様の強力なモーターで、内部減速ギアのおかげで大きなトルクを発生する長方形のデバイスです。

モーターがブロックされた場合に備えて、計算された摩擦よりも大きい摩擦が発生すると滑り始める機械式クラッチが備えられているため、モーターが焼損することは非常に困難です。
XNUMX 度の分解能を持つ回転角度センサーがあり (モーターはその軸が現在どの角度で回転しているかをコントローラーに伝えます)、接続されているすべてのモーターの回転を正確に同期する機能があります。

XNUMX 番目のいわゆる M サーボ ドライブ (中型モーター) は、発生するトルクが XNUMX 分の XNUMX ですが、回転速度はほぼ XNUMX 倍です。

センサーに関しては、LEGO Education が提供するセンサーに限定する必要はありません (ただし、センサーはあらゆる教育プロジェクトにとって非常に優れています)。多くのサードパーティ企業が互換性のある、時には非常に珍しいセンサーを製造しています。ファームウェアのソースコードとハードウェア仕様の完全版 開いた.

ソフトウェア

ハードウェアについてたくさん話してきましたが、実際には、ロボット工学クラスの効果を決定するのはハードウェアだけではありません。それは、複数のプラットフォーム (Mac、PC、モバイル デバイス) 上に真に直観的なソフトウェアが存在することです。 既製のカリキュラム レゴ マインドストーム エデュケーション EV3 は、特に小学校から中学校までの XNUMX 歳の子供たちの学習に最適なプラットフォームです。

iPad のアプリのようこそ画面

ネイティブ LEGO MINDSTORMS Education EV3 ソフトウェアのアルゴリズムの視覚化は最高レベルにあります。わずか数分で、論理ブロックの主な種類の相互作用 (遷移条件、ループなど) をマスターし、徐々にレベルを上げていくだけで十分です。プログラムの複雑さ。もちろん、数十の異なるモデルのロボット用の既製の教育プロジェクトがあり、必要に応じて、オンライン コミュニティで何千もの興味深いプログラムを見つけることができます。

iPadアプリケーションのサンプルプログラム

上級ユーザーは、LabVIEW または RobotC をインストールできます。LEGO MINDSTORMS Education EV3 の「頭脳」は、これらのパッケージと完全に互換性があります。残念ながら、追加の変換を行わずに古いプロジェクトを NXT 用にエクスポートすることはできません。

教育の観点からすると、非常に興味深いものです デスクトップ ソフトウェアのバージョン。生徒用の電子ノートを保持できるため、教師はアプリケーションのバージョンから特定の生徒の成功を評価し、進捗状況を監視できます。さらに、ソフトウェアに搭載されている教育資料 (多数あります) を使用できるだけでなく、内蔵のコンテンツ エディターを使用して独自の教育資料を作成することもできます。

EV3 コンテンツ エディターのチュートリアル ビデオ

デスクトップ バージョンには、しきい値に応じてグラフ領域をプログラムする機能を備えたデータ記録ユーティリティもあります。つまり、教師は、たとえばスマート ホーム内での最新テクノロジーの動作を簡単にデモンストレーションできるようになりました。

EV3 マイクロコンピューターはセンサーからリアルタイムでデータを収集し、背景温度に応じて XNUMX つまたは別のモデル プログラムを起動します。温度が高い場合はファンがオンになり、温度が低い場合はヒーターがオンになります。また、学生はデータを記録して分析し、モデルを完成させることができます。

データロギング

「スマート ブリック」ファームウェアのオープン性はすでにその役割を果たしています。最も一般的なプログラミング言語 (数十) をサポートする代替オプションがあります。概して、EV3 の使用は、プログラミングに関連するあらゆる教育プロジェクトに「結び付ける」ことができます。なぜなら、「ハードウェアで」独自のアルゴリズムの動作を確認する機会ほど喜ばしいものはほとんどないからです。

多くの人は、この話の障害はその代償ではないかと予想している。確かに、ベーシックセットの場合は29ルーブルを支払う必要があり、さらに充電のためにさらに900ルーブルを支払う必要があります。ただし、この金額には、2 人の生徒が快適に作業できる部品と電子機器、および 500 の既成レッスンを備えた本格的な基本ソフトウェア (48 年 2016 月以降、個人と組織の両方が完全に無料です) が含まれています。もちろん、追加の装備やミッションキットによりコストが増加する可能性がありますが、妥当な範囲内です。基本セットとリソース セット LME EV8、充電器、ソフトウェア、および 追加のタスクセット「エンジニアリングプロジェクト」, 価格は 174 です。学校のサークルなどに装備するには十分許容範囲です。

はい、単純な Arduino のようなプラットフォームよりも明らかに高価です。しかし、その機会と関与のレベルははるかに高くなります。 EV3 ベースのカリキュラムは、高校以降も安全に計画できます。さらに、レゴ マインドストーム エデュケーション EV3 を適切に使用すれば、機械的品質、簡単な交換性、部品の入手可能性により、いくつかのシンプルなキットよりも簡単に「長持ち」します (私の実践では、12 年間で交換が必要な RJ-10 ケーブルは XNUMX つだけでした)。旧NXT）。

その結果、長いライフサイクル、スペアパーツや拡張機能の入手可能性、公式およびアマチュアのガイド、発展したコミュニティなど、そのような状況で必要なすべてのボーナスを備えた巨大企業によってサポートされている、ほぼオープンソースのプロジェクトが見られます。マインドストームは西側の子供向けロボット教育クラスではほぼ標準となっており、ロシアでも広く採用されると本当に素晴らしいだろう。

パスの選択

そしてここからが本題です。 WeDo 2.0 セットとは異なり、EV3 は高校生、つまり将来の職業選択の問題がより深刻な年長児を対象としています。

EV3 を使用すると、各生徒は、生まれつき、生い立ち、教育過程によって本来備わっている能力をより積極的に発揮できるようになります。

生まれながらの数学者は、センサーの遠隔測定、ロボットの移動距離がどのように正確に記録されるか、ロボットが逸脱する角度がどのように記録されるかなどを注意深く監視します。

もちろん、将来の IT スペシャリストはロボットのプログラミングに没頭し、ロボットが動作するアルゴリズムを分析することになります。そして彼は確かに、標準的な指示では提供されない独自のものを作成するでしょう。

物理学に熱中している子供は、ロボットの助けを借りて視覚的な実験を行うことができます。幸いなことに、子供が想像力に問題がないのと同じように、このセットにはセンサーの問題がありません。

全体として、お子様の興味や学校での好きな科目に関係なく、マインドストーム EV3 セットで学習することで、お子様をより明確に強調し、将来の成長に焦点を当てることができます。

生活の中で

現時点では、同社のソリューションはすでに学生によって使用されており、さまざまなコンテストや一般的な開発の一環として、興味深いプロジェクトを作成しています。今年、メディアはそれらの多くについて記事にしました。

アストラハン州の学童であるルスラン・カジモフさんとミハイル・グラディシェフさんは、地域テクノロジーパークを拠点に、手の関節のリハビリテーション用のロボットシミュレーターを開発した。

写真 - rg.ru

3 年生は XNUMX か月弱をかけてシミュレータを開発しました。彼らは、南部連邦管区で行われた科学的かつ革新的なプロジェクトの第 IX 全ロシア大会の地域ステージでプロジェクトを発表し、XNUMX 位になりました。将来的には、工業用プロトタイプを作成する予定ですが、現時点では、開発者は LEGO MINDSTORMS Education EVXNUMX 教育用ロボット セットから作られたプロトタイプのみを提供しています。

この装置は医師が行う動きを再現します。関節が動き始め、それによって関節だけでなく筋肉群の可動性も回復します。デバイスは Bluetooth 経由で接続されていますが、将来的にはインターネットまたは Wi-Fi を使用して通信するようになるでしょう。

このような装置の類似品が市販されていますが、Astrakhan 装置は肩、手首、肘の関節と同時に動作します。さらに、持ち運び可能で電池式です。遠隔制御の可能性もあります。つまり、患者は家から出ることなくトレーニングできます。

2015 年世界ロボット オリンピック (WRO 2015) で、サンクトペテルブルクのロシア チーム DRL が、レゴ エデュケーションから創造性に対して特別賞 (レゴ教育創造性賞) を受賞しました。

ロシアの DRL チームは CaveBot プロジェクトを発表しました。サンクトペテルブルク出身のチームは、コーチのセルゲイ・フィリッポフの指導のもと、洞窟内の未踏のエリアを発見するためのユニークなロボット探検家を作成しました。ユニークなロボットによりさまざまな複雑なタスクの実行が可能になるため、開発はさまざまな科学分野をカバーしています。

チームは、その後の探索のために物体を検出するためのさまざまなセンサーを備えた登山ロボットを構築しました。得られたデータはコンピューター上で 3D モデルに変換できます。

そして13歳のシュバム・バナジー君が作った принтер 学校の科学プロジェクトのためにレゴのピースから作られた点字。その後、彼の家族の参加を得て、この発明を立ち上げるための新興企業が設立され、テクノロジー企業インテルから資金援助を受けました。

(写真:マルシオ・ホセ・サンチェス、AP通信)

プリンターを作成するというアイデアは、インターネットで点字について調べた後に Shubham に思いつきました。タッチ タイピング プリンターの価格が 2,000 ドル以上することに気づいた学生は、より安価なバージョンを作ることにしました。

発明の直後、目の見えない子供たちとその親たちは、安価な点字プリンターを作ってほしいというただ一つの要望でシュバムに連絡を取り始め、「市販のものをすぐに買う」と約束した。

ご覧のとおり、学習プロセスで MINDSTORMS Education EV3 を使用すると、生徒は想像力を最大限に活用できるようになり、アイデアを実現したり、視覚的に実験を行ったりするだけでなく、次のことを決定するのに役立つ新しいメカニズムをどんどん作成できるようになります。彼らの将来の職業。

教育プロセスでのこれらのソリューションの使用 (または製品自体について) について質問がある場合は、コメントに書き込んでください。

出所： habr.com