afbeelding ā roboconstructor.nl
Een bekende fabel vertelt dat toen een jonge moeder met haar kind op haar arm de wijze man vroeg, op welke leeftijd ze zou moeten beginnen met de opvoeding van haar kind, de oude man antwoordde dat ze te laat was, met zoveel jaren als het kind al oud was. De situatie met de keuze van een toekomstige roeping is vrij vergelijkbaar. Het is moeilijk om van een baby bewustzijn van zijn neigingen en interesses te eisen, maar zodra de middelbare school begint, zijn er allerlei specialisaties, en tegen die tijd zou het goed zijn om al te weten in welke richting het opgroeiende kind zich moet bewegen. Maar Ć©Ć©n ding weten we bijna zeker ā in de komende decennia zullen tussen de 30 en 80% van de beroepen volledig geautomatiseerd zijn.
Robotica, cybernetica, het begrijpen van algoritmen ā dat is de set vaardigheden waarmee een persoon waarschijnlijk niet wordt bedreigd door zulke vage vooruitzichten. Natuurlijk zal naar verwachting parallel aan de vervanging van de arbeidskrachten door robotten ook het concept van een onvoorwaardelijk basisinkomen zich ontwikkelen, maar u wilt waarschijnlijk niet zo'n toekomst voor uw kind.
Er zijn tegenwoordig veel manieren om jonge en geĆÆnteresseerde doelgroepen de basisbeginselen van programmeren en robotica snel bij te brengen. Al deze methoden zijn goedkoop, relatief eenvoudig te leren en bieden binnen enkele uren al inzicht in de basisprincipes van algoritmen en de concepten van cybernetische apparaten. Maar in klaslokalen kunnen ook de tekortkomingen van deze platforms aan het licht komen ā de beperkte slijtvastheid (en om de waarheid te zeggen ā de "idiotproofness" ook) van prototypingborden, en de niet al te kindvriendelijke software-interfaces voor 11-12-jarige kinderen, met een relatief klein spelelement.
Met al deze tekortkomingen vecht het al meer dan twintig jaar tegen in het meest bekende bedrijf dat educatieve bouwsets produceert: LEGO Education. Het gaat natuurlijk om het platform MINDSTORMS Education EV3. Van de in het begin van de jaren '90 geproduceerde Mindstorms RCX tot het meest moderne MINDSTORMS Education EV3-systeem blijft het principe van de platformvorming hetzelfde. De basis is de 'slimme steen' ("intelligent brick"), een microcomputer met een scherm en in- en uitgangen, waaraan alle andere componenten zijn verbonden. Net als in elk robotisch systeem worden de randapparatuur onderverdeeld in sensoren en actuatoren. Met de sensoren percepeert de robot de omgeving, en dankzij de actuatoren reageert hij daarop volgens het ingebouwde programma. De onderdelen van het platform zijn eenvoudig met kabels zonder solderen verbonden, en de mechanische constructies zijn beperkt tot de sterkte van de plastic onderdelen en de creativiteit van de bouwers.
hebben we de mogelijkheden van dergelijke oplossingen in het algemeen bekeken, en nu willen we ons specifiek richten op LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 is compatibel met Lego Technic-onderdelen. Dit betekent dat het platform kan worden gebruikt om de meest uiteenlopende en zelfs ongelooflijke constructies te maken, van eenvoudige 'auto's' en 'robotarmen' tot complexe transportbanden of zelfs 'oplossers' van de Rubiks kubus. In feite kan elke Lego Technic-set een bron van onderdelen voor projecten zijn, en er zullen ook geen problemen zijn met het vervangen van beschadigde reserveonderdelen. Ja, ze zien er niet zo robuust uit als de oude Sovjet aluminium bouwset, maar in de praktijk zijn ze zelfs sterker dan metalen producten. Althans in mijn collectie, die in 1993 begon, heb ik nog geen gebroken deel gevonden.
De basiseducatie set MINDSTORMS Education EV3 bevat 541 Lego Technic-onderdelen. Je kunt ook gespecialiseerde hulpsets kopen, zoals (of de oudere 9648, die nog voor NXT is uitgebracht), of gewoon een grote bouwset zoals (2800 onderdelen) of (bijna 4000 onderdelen), en nadat je genoeg hebt gespeeld met het basismodel, kun je het gebruiken voor "stenen" voor cybernetische experimenten. In verhouding tot Ć©Ć©n Lego-onderdeel is deze set aanzienlijk beter dan andere sets ā slechts 3-5 roebel per stuk.
Maar als iemand een oude collectie heeft met tienduizenden onderdelen, hoeft hij zich helemaal geen zorgen te maken over de middelen.
Screenshot van de service Brickset (een interactieve database voor Lego-bouwers, waarmee verschillende statistieken kunnen worden verzameld) door de auteur
Dit geldt echter alleen voor 'passieve' elementen zoals balken, wielen of verbindingspennen. Sensoren en actuatoren zijn natuurlijk veel duurder, maar in de basisset zijn er meer dan genoeg. Mindstorms EV3 wordt geleverd met drie motoren (twee grotere en krachtigere en Ć©Ć©n compacte servomotor), een paar aanraak-sensoren (een soort 'slimme' knoppen), een ultrasone sensor, een gyroscoop en een kleuren-sensor (die ook kan functioneren als licht-sensor). Bovendien is de compatibiliteit met sensoren van de vorige generatie Lego Education-robots - Mindstorms NXT (waaronder bijvoorbeeld de geluidsniveausensor) behouden.
Laten we terugkeren naar de 'slimme steen', het hart van het systeem. Het is echt een behoorlijk zwaar en omvangrijk 'blok', uitgerust met een monochroom LCD-scherm van 178x128 (hierop wordt niet alleen het menu weergegeven, maar ook allerlei aangepaste afbeeldingen tijdens het gebruik) met een aanpasbare achtergrondverlichting. Sensors en actuatoren (tot vier apparaten van elk type) worden aangesloten via kabels met een standaard RJ-12 connector, en er is een slot voor microSDHC en een USB-poort.
De laatste kan worden gebruikt voor het uploaden van programma's en voor het bijwerken van de firmware. De microcontroller mist echter ook de draadloze interfaces niet; als je wilt, kun je programma's uploaden via Wi-Fi (externe module vereist) of Bluetooth (ingebouwd). Daarnaast, als we een robot met afstandsbediening samenstellen, kan deze worden bestuurd met draadloze verbinding met een smartphone of tablet.
In de Ā«slimme baksteenĀ» bevindt zich een 300-megahertz ARM-processor, 16 megabyte aan permanente geheugen (en dit is waar de kaart van pas komt) en 64 megabyte aan RAM. Hoe bescheiden deze cijfers ook lijken, voor het uitvoeren van zelfs de meest complexe algoritmes die u, of nog meer een kind in het leerproces, kan schrijven, is de kracht meer dan voldoende. En vergeleken met de 48-megahertz processor van de vorige generatie NXT, die onlangs tien jaar is geworden, is de vooruitgang helemaal opmerkelijk. Het kan echter niet gezegd worden dat de NXT aanzienlijk traag was bij het oplossen van standaardproblemen.
Bovendien is er een vierde poort voor motoren toegevoegd, wat op zich een aanzienlijke uitbreiding van de functionaliteit is die de upgrade rechtvaardigt.
De USB-poort ondersteunt nu de hostmodus, waardoor het mogelijk is om niet alleen een Wi-Fi-adapter aan te sluiten, maar ook meerdere EV3-modules aan elkaar te koppelen tot Ć©Ć©n complexe robot. Het niveau van de taken wordt hierdoor echter wel heel āvolwassenā.
Ten slotte heeft MINDSTORMS Education EV3 ondersteuning gekregen voor accu-voeding. In plaats van zes AA-batterijen kan de bijgeleverde lithium-ionaccu van twee en een half ampĆØre-uur worden geĆÆnstalleerd. Natuurlijk is het niet verboden om AA-batterijen zoals eneloop te gebruiken, maar de noodzaak om ze eruit te halen voor opladen maakt de gebruikservaring onder gemiddeld. Bovendien zijn de kosten van een paar sets eneloop met oplader redelijk vergelijkbaar met de merkaccu.
Oh ja, er is een grote en luide luidspreker toegevoegd, die nu niet alleen retro-melodieƫn uit het 8-bits tijdperk kan afspelen, maar ook aangenamere geluiden kan weergeven.
Laten we nu eens kijken naar de actuatoren uit de basisset. Twee daarvan zijn krachtige motoren, vergelijkbaar met die al in de NXT zijn gebruikt, langwerpige apparaten die dankzij de interne reductietransmissie een aanzienlijk koppel ontwikkelen.
Voor het geval de motor vastloopt, is er een mechanische slipkoppeling die begint te slippen als de wrijving groter is dan berekend, waardoor het moeilijk is de motor te oververhitten.
Er is een draaivulsensor met een resolutie van Ć©Ć©n graad (de motor informeert de controller over de huidige hoek van zijn as) en de mogelijkheid om de rotatie van alle aangesloten motoren nauwkeurig te synchroniseren.
De derde, zogenaamde M-servomotor (een middelgrote motor) genereert drie keer minder koppel, maar zijn rotatiesnelheid ligt bijna twee keer zo hoog.
Wat betreft de sensoren, het is eigenlijk helemaal niet nodig om je te beperken tot de sensoren die LEGO Education aanbiedt (hoewel die meer dan genoeg zijn voor elk educatief project); een aantal externe bedrijven produceert compatibele en soms vrij exotische sensoren. De broncode van de firmware en de hardware-specificaties zijn volledig .
Software
We hebben veel gesproken over de hardware, maar het is eigenlijk niet alleen die hardware die de effectiviteit van robotica lessen bepaalt. Juist het hebben van echt intuĆÆtieve software op meerdere platforms (Mac, pc, mobiele apparaten) en maakt LEGO MINDSTORMS Education EV3 tot het platform bij uitstek voor onderwijs, vooral aan de grens van de basisschool en de middelbare school, voor kinderen van ongeveer tien jaar.
Het welkomstscherm van de app op de iPad
De visualisatie van algoritmes in de native software van LEGO MINDSTORMS Education EV3 is gewoon van een hoog niveau ā het is voldoende om in enkele minuten de basis interacties van logische blokken (overgangsvoorwaarden, loops, enz.) onder de knie te krijgen en geleidelijk de complexiteit van de programma's op te voeren. Uiteraard zijn er ook kant-en-klare leerprojecten voor tientallen verschillende robotmodellen, en als je wilt, kun je duizenden interessante programma's vinden in online gemeenschappen.
Een voorbeeld van een programma in de app voor de iPad
Geavanceerde gebruikers kunnen LabVIEW of RobotC installeren ā de 'hersenen' van LEGO MINDSTORMS Education EV3 zijn volledig compatibel met deze pakketten. Helaas is het niet mogelijk om oude projecten voor NXT zonder extra conversie te exporteren.
Vanuit educatief perspectief is er veel meer interesse in . Hiermee kunnen elektronisch lesnotities van leerlingen worden bijhouden, zodat de docent vanuit zijn versie van de app de voortgang van een specifieke leerling kan beoordelen en volgen. Bovendien kun je niet alleen de beschikbare lesmaterialen in de software gebruiken (waarvan er vele zijn), maar ook met de ingebouwde inhoudseditor je eigen materialen creƫren.
Leervideo's over het werken met de inhoudseditor van EV3
Daarnaast is er in de desktopversie een gegevensregistratietool beschikbaar, waarmee gebieden van de grafiek geprogrammeerd kunnen worden op basis van drempelwaarden. Dit betekent dat de leraar nu gemakkelijk de werking van moderne technologieƫn binnen een slim huis kan demonstreren, bijvoorbeeld.
De microcomputer EV3 verzamelt gegevens van sensoren in real-time en op basis van de temperatuur kan een specifiek programma van het model worden gestart. Bij hoge temperaturen gaat de ventilator aan, bij lage temperaturen de verwarming. Leerlingen kunnen gegevens vastleggen en analyseren terwijl ze het model verder ontwikkelen.
Gegevenslogging
De openheid van de firmware van de 'slimme baksteen' heeft al zijn rol gespeeld: er zijn alternatieve opties met ondersteuning voor de meeste populaire programmeertalen (tientallen). In wezen kan het gebruik van EV3 aan elk educatief project worden gekoppeld dat met programmeren te maken heeft, omdat er weinig zo leuk is als het zien van de werking van je eigen algoritmes 'in het echt'.
Veel mensen verwachten dat de prijs een obstakel kan vormen in dit verhaal. Inderdaad, voor het Basispakket moet je 29.900 roebel betalen, plus nog eens 2.500 voor de oplader. In dit bedrag zijn echter de onderdelen en elektronica inbegrepen voor een comfortabele werking voor twee leerlingen, evenals volledig basissoftware met 48 kant-en-klare lessen (deze is sinds januari 2016 volledig gratis, zowel voor particulieren als voor organisaties). Natuurlijk kunnen extra apparatuur en opdrachtpakketten de kosten verhogen, maar binnen redelijke grenzen. Zo kost een set voor 8 leerlingen, inclusief basis- en hulpbronnenpakketten LME EV3, opladers, software en , ongeveer 174.900. Voldoende acceptabel voor bijvoorbeeld de uitrusting van een club op school.
Ja, dit is aanzienlijk duurder dan eenvoudige Arduino-achtige platforms. Maar de mogelijkheden en het niveau van betrokkenheid zijn ook veel hoger. Een leerprogramma op basis van EV3 kan gerust voor de hele middelbare school en verder worden gepland. Bovendien, bij gematigd gebruik, overleeft LEGO MINDSTORMS Education EV3 eenvoudigweg meerdere eenvoudige sets dankzij de mechanische kwaliteiten, de gemakkelijke vervangbaarheid en de beschikbaarheid van onderdelen (in mijn ervaring vereiste alleen Ć©Ć©n RJ-12-kabel vervanging in de 10 jaar oude NXT).
Uiteindelijk zien we een vrijwel open-source project, ondersteund door een gigantisch bedrijf met alle bijbehorende voordelen ā een lange levenscyclus, beschikbaarheid van onderdelen en uitbreidingen, officiĆ«le en amateurgidsen, en een ontwikkeld gemeenschap. Mindstorms is praktisch de standaard geworden in de westerse onderwijs klassen voor robotica voor kinderen, en het zou echt geweldig zijn om zijn brede verspreiding ook in Nederland te zien.
Kies een pad
En nu naar het belangrijkste. In tegenstelling tot de WeDo 2.0 sets, is de EV3 gericht op de middelbare school, wat betekent dat het bedoeld is voor oudere kinderen, bij wie de vraag naar het kiezen van een toekomstige carriĆØre al serieuzer is.
Door gebruik te maken van de EV3 kan elke leerling actiever de vaardigheden ontdekken die in hen zijn gelegd door de natuur, opvoeding en het onderwijsproces.
Een geboren wiskundige zal nauwlettend de telemetrie van de sensoren volgen, hoe het afgelegde pad van de robot precies wordt vastgelegd, hoe de hoek wordt geregistreerd waar deze zich naartoe beweegt, en meer.
Een toekomstige IT'er zal zich vanzelf verdiepen in het programmeren van de robot, waarbij ze de algoritmes bestuderen waarlangs deze zich beweegt. En ze zullen ongetwijfeld hun eigen, niet in de standaardhandleiding opgenomen, algoritmes creƫren.
Een kind dat gefascineerd is door fysica zal met behulp van de robot visuele experimenten kunnen uitvoeren, gelukkig zijn er geen problemen met de sensoren in de sets, net zoals bij het kind ā met de fantasie.
Over het algemeen, wat de interesses en favoriete vakken van een kind op school ook zijn, zal leren met behulp van de MINDSTORMS EV3 sets helpen om deze te benadrukken en zich in de toekomst op hun ontwikkeling te concentreren.
In het leven
Op dit moment worden de oplossingen van het bedrijf door leerlingen al gebruikt om interessante projecten te creƫren, zowel in het kader van verschillende wedstrijden als voor algemene ontwikkeling. Dit jaar schreven de media over een aantal van deze projecten.
De Astrakhan middelbare scholieren Ruslan Kazimov en Mikhail Gladyshev hebben in het regionale technopark een robottrains voor de rehabilitatie van gewrichten van de handen ontwikkeld.
foto ā rg.ru
De ontwikkeling van de simulator heeft de achtstenders iets minder dan twee maanden gekost. Ze presenteerden hun project tijdens de regionale fase van de IX All-Russian wedstrijd voor wetenschappelijke en innovatieve projecten in het Zuidelijke Federale District, waar ze de tweede plaats veroverden. In de toekomst zijn ze van plan een industrieel model te creĆ«ren ā voorlopig bieden de ontwikkelaars alleen een prototype aan, gemaakt van de educatieve robotbouwset LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Het apparaat dupliceert de bewegingen die de arts uitvoert ā de gewrichten beginnen te functioneren, waardoor niet alleen hun, maar ook de spiergroepen weer in beweging komen. Momenteel zijn de apparaten via Bluetooth met elkaar verbonden, maar in de toekomst zullen ze communiceren via internet of Wi-Fi.
Er zijn analogen van dit apparaat op de markt, maar het Astrakhan-apparaat kan tegelijkertijd met de schouder-, pols- en ellebooggewrichten werken. Bovendien is het draagbaar en werkt het op batterijen. Ook is er de mogelijkheid tot afstandsbediening, dat wil zeggen dat de patiƫnt kan trainen zonder zijn huis te verlaten.
Tijdens de Wereld Olympiade voor Robotica 2015 (WRO 2015) ontving het Russische team DRL uit Sint-Petersburg een speciale prijs voor creativiteit van het bedrijf LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Het Russische team DRL presenteerde het project CaveBot. De jongens uit Sint-Petersburg, onder leiding van coach Sergey Filippov, creƫerden een unieke onderzoekrobot voor het ontdekken van onontgonnen gebieden in grotten. Deze ontwikkeling raakt verschillende wetenschappelijke gebieden, aangezien de unieke robot het mogelijk maakt om diverse taken van verschillende moeilijkheidsgraad uit te voeren.
Het team bouwde een klimmende robot, uitgerust met verschillende sensoren, voor het detecteren van objecten met als doel deze vervolgens te bestuderen. De verkregen gegevens kunnen omgezet worden in 3D-modellen op de computer.
En de 13-jarige Shubham Banerjee creƫerde van LEGO-onderdelen als onderdeel van een schoolwetenschappelijk project. Later, met de hulp van zijn familie, werd een startup opgericht voor de lancering van de uitvinding, die financiƫle ondersteuning ontving van het technologiebedrijf Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Het idee om een printer te maken kwam bij Shubham op na onderzoek naar Braille op het internet. Toen hij zich realiseerde dat Brailleprinters minimaal 2.000 dollar kosten, besloot de student een goedkopere versie te maken.
Kort na de uitvinding begonnen blinde kinderen en hun ouders contact op te nemen met Shubham met Ć©Ć©n verzoek: maak een betaalbare brailleprinter, belovend 'hem direct van de plank te kopen'.
Zoals je ziet, stelt het gebruik van MINDSTORMS Education EV3 in het onderwijs studenten in staat om hun creativiteit ten volle te benutten, door steeds nieuwe mechanische constructies te maken die niet alleen helpen ideeƫn te realiseren of bepaalde experimenten visueel uit te voeren, maar ook hen te helpen zich te oriƫnteren op hun toekomstige beroep.
Als je vragen hebt over het gebruik van deze oplossingen in het onderwijs (of over de producten zelf) laat ze dan achter in de opmerkingen.
Bron: habr.com
