afbeelding – roboconstructor.ru
Een bekende gelijkenis zegt dat toen een jonge moeder met een kind in haar armen zich tot de wijze wendde en vroeg op welke leeftijd ze moest beginnen met het opvoeden van haar nakomelingen, de oude man antwoordde dat ze net zoveel jaren te laat was als het kind al was. . De situatie bij het kiezen van een toekomstige roeping is vrij gelijkaardig. Het is moeilijk om van een baby bewustzijn te eisen van zijn neigingen en interesses, maar al op de middelbare school beginnen allerlei specialisaties, en tegen die tijd zou het leuk zijn om al te weten in welke richting het volwassen kind moet gaan. Maar één ding weten we al vrijwel zeker: de komende decennia zal 30 tot 80% van de beroepen volledig geautomatiseerd zijn.
Robotica, cybernetica en begrip van algoritmen zijn een reeks vaardigheden waarmee iemand hoogstwaarschijnlijk niet met zulke vage vooruitzichten zal worden geconfronteerd. Natuurlijk zal zich, parallel met de vervanging van de beroepsbevolking door robots, hoogstwaarschijnlijk ook het concept van een onvoorwaardelijk basisinkomen ontwikkelen, maar het is onwaarschijnlijk dat u zo'n toekomst voor uw kind wilt.
Er zijn nu veel manieren om een jong en geïnteresseerd publiek snel de basisprincipes van programmeren en robotica te laten zien. Ze zijn allemaal goedkoop, vrij gemakkelijk te leren en bieden binnen een paar uur inzicht in de basisprincipes van algoritmen en concepten van cybernetische apparaten. Maar in klaslokalen kom je gemakkelijk de nadelen van deze platforms tegen: beperkte slijtvastheid (en laten we eerlijk zijn, ook ‘idiotenresistentie’) van breadboards, software-interfaces die niet erg vriendelijk zijn voor kinderen van 11-12 jaar, en een relatief kleine ‘spel’-element.
De bekendste fabrikant van educatieve sets, LEGO Education, kampt al ruim twintig jaar met al deze tekortkomingen. We hebben het natuurlijk over het MINDSTORMS Education EV3-platform. Van de Mindstorms RCX die begin jaren negentig werd geproduceerd tot het modernste MINDSTORMS Education EV90-complex: het principe van platformvorming blijft hetzelfde. Het is gebaseerd op een ‘intelligente steen’, een microcomputer met een scherm en I/O-poorten waarop alle andere componenten zijn aangesloten. Zoals bij elk robotsysteem zijn randapparatuur onderverdeeld in sensoren en effectoren. Met behulp van sensoren neemt de robot de wereld om zich heen waar en dankzij effectoren reageert hij daarop volgens het geprogrammeerde programma. De platformcomponenten zijn met eenvoudige kabels met elkaar verbonden zonder te solderen, en de mechanische structuren worden alleen beperkt door de sterkte van de plastic onderdelen en de verbeeldingskracht van de ontwerpers.
We hebben de mogelijkheden van dergelijke oplossingen in het algemeen overwogen, maar nu willen we dieper ingaan op LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 is compatibel gemaakt met Lego Technic-onderdelen. Dit betekent dat het platform kan worden gebruikt om een grote verscheidenheid aan en zelfs ongelooflijke ontwerpen te creëren, van eenvoudige ‘auto’s’ en ‘robothanden’ tot complexe transportbanden of zelfs ‘Rubik’s kubusoplossers’. Vrijwel elke Lego Technic-set kan worden gebruikt als onderdelenbron voor projecten, en het vervangen van beschadigde reserveonderdelen zal geen probleem zijn. Ja, ze zien er niet zo brutaal uit als het oude Sovjet-aluminium bouwpakket, maar in de praktijk blijken ze zelfs sterker te zijn dan metalen producten. In ieder geval in mijn verzameling, die in 1993 begon, is nog geen enkel kapot onderdeel ontdekt.
De MINDSTORMS Education EV3 educatieve basisset wordt geleverd met 541 Lego Technic-onderdelen. Kan worden gekocht als een gespecialiseerde bronnenset zoals (of de oudere 9648, geproduceerd voor NXT), of gewoon een grote typeconstructeur (2800 onderdelen) of (bijna 4000 delen), en nadat je genoeg met het hoofdmodel hebt gespeeld, gebruik je het als ‘stenen’ voor cybernetische experimenten. In termen van één stuk loopt Lego hier ver voor op andere sets - slechts 3-5 roebel per stuk.
Nou, als iemand een oude collectie heeft die tienduizenden onderdelen bevat, dan hoef je je helemaal geen zorgen te maken over de hulpbronnen.
Screenshot van de Brickset-service (een interactieve database voor eigenaren van Lego-bouwpakketten waarmee je een verscheidenheid aan statistieken kunt verzamelen) door de auteur
Dit geldt echter alleen voor “passieve” elementen zoals balken, wielen of verbindingspinnen. Sensoren en effectoren zijn natuurlijk veel duurder, maar er zitten er meer dan genoeg in de basisset. Mindstorms EV3 wordt compleet geleverd met drie motoren (twee grotere en krachtigere en één compacte servo), een paar aanraaksensoren (een soort ‘slimme’ knoppen), ultrasone, gyroscopische en kleurensensoren (deze kan ook in de lichtsensormodus werken) . Bovendien blijft de compatibiliteit met sensoren van de vorige generatie Lego Education-robots, Mindstorms NXT, behouden (dit omvat bijvoorbeeld een geluidsniveausensor).
Maar laten we terugkeren naar de ‘slimme steen’, het hart van het systeem. Dit is inderdaad een nogal zware en volumineuze "steen", uitgerust met een 178x128 monochroom LCD-scherm (niet alleen het menu wordt erop weergegeven, maar ook allerlei aangepaste foto's tijdens het gebruik) met een veranderlijke achtergrondverlichtingskleur. Met behulp van draden met een standaard RJ-12-connector worden sensoren en effectors erop aangesloten (maximaal vier apparaten van elk type), er is een slot voor microSDHC en een USB-poort.
Deze laatste kan zowel gebruikt worden om de programma’s zelf te downloaden als om de firmware te updaten. De microcontroller is echter niet verstoken van draadloze interfaces; indien gewenst kunt u programma's downloaden via Wi-Fi (vereist een externe module) of Bluetooth (ingebouwd). En als we een op afstand bestuurbare robot in elkaar zetten, kunnen we deze ‘sturen’ met behulp van draadloze communicatie vanaf een smartphone of tablet.
In de ‘slimme steen’ zit een 300 MHz ARM-processor, 16 megabyte permanent geheugen (en daarom is de kaart handig) en 64 megabyte RAM. Hoe bescheiden deze cijfers ook lijken, er is meer dan genoeg kracht om zelfs de meest uitgebreide algoritmen uit te voeren die jij, of nog meer een kind in het leerproces, kunt schrijven. En als je het vergelijkt met de 48 MHz processor van de vorige generatie NXT, die onlangs tien jaar oud werd, is de vooruitgang behoorlijk merkbaar. Er kan echter niet worden gezegd dat NXT merkbaar vertraagt in het proces van het oplossen van typische problemen.
Bovendien is er een vierde poort voor motoren verschenen, wat op zichzelf een aanzienlijke uitbreiding van functionaliteit is die de upgrade rechtvaardigt.
De USB-poort ondersteunt nu de hostmodus, hierdoor kun je niet alleen een Wi-Fi-adapter aansluiten, maar ook meerdere EV3-blokken verbinden tot één complexe robot. Het is waar dat het taakniveau volkomen "niet kinderachtig" wordt.
Ten slotte heeft MINDSTORMS Education EV3 nu batterijondersteuning. In plaats van zes AA-batterijen plaats je de meegeleverde lithium-ionbatterij voor tweeënhalf ampère-uur. Natuurlijk verbiedt niemand het gebruik van AA-batterijen van het eneloop-type, maar de noodzaak om ze te verwijderen om op te laden maakt de bruikbaarheid onder het gemiddelde. En de prijs van een paar eneloop-kits met oplader is redelijk vergelijkbaar met die van een merkbatterij.
Oh ja, er is een grote, luide luidspreker die nu niet alleen retrodeuntjes uit het 8-bit-tijdperk kan piepen, maar ook aangenamere geluiden kan afspelen.
Laten we nu eens kijken naar de effectoren uit de basisset. Twee daarvan zijn krachtige motoren die lijken op de motoren die al in NXT worden gebruikt: langwerpige apparaten die een serieus koppel ontwikkelen dankzij een interne reductiekast.
Als de motor geblokkeerd is, is er een mechanische koppeling aanwezig, die begint te slippen als de wrijving groter is dan de berekende, waardoor het vrij moeilijk is om de motor te verbranden.
Er is een rotatiehoeksensor met een resolutie van één graad (de motor vertelt de controller in welke hoek zijn as momenteel wordt gedraaid) en de mogelijkheid om de rotatie van alle aangesloten motoren nauwkeurig te synchroniseren.
De derde, zogenaamde M-servodrive (middelgrote motor) produceert drie keer minder koppel, maar het toerental is bijna twee keer zo hoog.
Wat betreft sensoren hoef je je niet echt te beperken tot de sensoren die worden aangeboden door LEGO Education (hoewel ze voor elk educatief project door het dak gaan), een aantal externe bedrijven produceren compatibele en soms behoorlijk exotische sensoren. Firmwarebroncode en volledige hardwarespecificaties .
Software
We hebben veel over hardware gesproken, maar in feite is dit niet het enige dat de effectiviteit van robotica-lessen bepaalt. Het is de aanwezigheid van echt intuïtieve software op meerdere platforms (Mac, pc, mobiele apparaten) en maakt LEGO MINDSTORMS Education EV3 het platform bij uitstek voor leren, vooral tussen de basisschool en de middelbare school, voor kinderen van tien jaar.
App-welkomstscherm op iPad
Visualisatie van algoritmen in de native LEGO MINDSTORMS Education EV3-software bevindt zich eenvoudigweg op het hoogste niveau - in slechts een paar minuten is het voldoende om de belangrijkste soorten interactie van logische blokken (overgangsvoorwaarden, lus, enz.) onder de knie te krijgen en vervolgens geleidelijk de complexiteit van programma’s. Natuurlijk zijn er kant-en-klare educatieve projecten voor tientallen verschillende modellen robots, en als je wilt, kun je duizenden interessante programma's vinden in online communities.
Voorbeeldprogramma in een iPad-applicatie
Gevorderde gebruikers kunnen LabVIEW of RobotC installeren - de “hersenen” van LEGO MINDSTORMS Education EV3 zijn volledig compatibel met deze pakketten. Helaas zal het niet mogelijk zijn om oude projecten voor NXT te exporteren zonder extra conversie.
Vanuit educatief oogpunt is het van veel groter belang . Hiermee kunt u elektronische notitieboekjes voor studenten bijhouden, waardoor de leraar het succes van een bepaalde student vanuit zijn versie van de applicatie kan evalueren en zijn voortgang kan volgen. Bovendien kunt u niet alleen het educatieve materiaal gebruiken dat beschikbaar is in de software (waarvan er veel zijn), maar ook uw eigen materiaal maken met behulp van de ingebouwde inhoudseditor.
EV3 Content Editor-instructievideo's
De desktopversie heeft ook een hulpprogramma voor gegevensregistratie met de mogelijkheid om grafiekgebieden te programmeren, afhankelijk van drempelwaarden. Dat wil zeggen dat een leraar nu eenvoudig de werking van moderne technologieën binnen bijvoorbeeld een smart home kan demonstreren.
De EV3-microcomputer verzamelt in realtime gegevens van sensoren en start, afhankelijk van de temperatuurachtergrond, een of ander modelprogramma. Als de temperatuur hoog is, gaat de ventilator aan en als de temperatuur laag is, gaat de verwarming aan. En studenten kunnen gegevens vastleggen en analyseren, waardoor het model wordt gefinaliseerd.
Gegevens bijhouden
De openheid van de ‘smart brick’-firmware heeft zijn rol al gespeeld: er zijn alternatieve opties die de meeste populaire programmeertalen ondersteunen (tientallen). Over het algemeen kan het gebruik van EV3 worden ‘gekoppeld’ aan elk educatief project dat verband houdt met programmeren, aangezien weinig dingen zo prettig zijn als de mogelijkheid om het werk van de eigen algoritmen ‘in hardware’ te zien.
Velen verwachten dat het struikelblok in dit verhaal wellicht de prijs is. Voor de basisset moet je inderdaad 29 roebel betalen, plus nog eens 900 voor het opladen. In dit bedrag zijn echter onderdelen en elektronica voor het comfortabele werk van twee leerlingen inbegrepen, evenals volwaardige basissoftware met 2 kant-en-klare lessen (die sinds januari 500 volledig gratis is voor zowel particulieren als organisaties). Natuurlijk kunnen extra uitrusting en missiekits de kosten verhogen, maar binnen redelijke grenzen. Dus een bouwpakket voor 48 leerlingen, inclusief basis- en hulpmiddelensets LME EV2016, opladers, software en , kost 174. Heel acceptabel voor het uitrusten van bijvoorbeeld een cirkel op school.
Ja, het is merkbaar duurder dan eenvoudige Arduino-achtige platforms. Maar de mogelijkheden en de mate van betrokkenheid zijn veel groter. Het op EV3 gebaseerde leerplan kan veilig worden gepland gedurende de hele middelbare school en daarbuiten. Bovendien zal het bij adequaat gebruik van LEGO MINDSTORMS Education EV3 eenvoudigweg verschillende eenvoudige kits “overleven” vanwege de mechanische eigenschappen, de gemakkelijke vervangbaarheid en de beschikbaarheid van onderdelen (in mijn praktijk hoefde er in de afgelopen tien jaar slechts één RJ-12-kabel te worden vervangen). oude NXT).
Als resultaat zien we een bijna open source-project ondersteund door een gigantisch bedrijf met alle bonussen die in een dergelijke situatie nodig zijn: een lange levenscyclus, beschikbaarheid van reserveonderdelen en uitbreidingen, officiële en amateurgidsen, een ontwikkelde gemeenschap. Mindstorms is bijna een standaard geworden in westerse roboticalessen voor kinderen, en het zou heel gaaf zijn om te zien dat het op grote schaal wordt toegepast in Rusland.
Pad keuze
En nu naar het belangrijkste. In tegenstelling tot WeDo 2.0-sets is EV3 gericht op de middelbare school, en dus op oudere kinderen, voor wie de kwestie van het kiezen van een toekomstig beroep serieuzer is.
Met behulp van EV3 kan elke leerling actiever de capaciteiten onthullen die inherent zijn aan hem door de natuur, opvoeding en het onderwijsproces.
Een geboren wiskundige zal de telemetrie van de sensoren nauwlettend in de gaten houden, hoe precies de door de robot afgelegde afstand wordt vastgelegd, hoe de hoek waarmee hij afwijkt wordt vastgelegd, enzovoort.
De toekomstige IT-specialist zal zich uiteraard verdiepen in het programmeren van de robot en de algoritmen analyseren waarmee hij beweegt. En hij zal zeker zijn eigen maken, niet voorzien in de standaardinstructies.
Een kind met een passie voor natuurkunde zal met behulp van een robot visuele experimenten kunnen uitvoeren; gelukkig hebben de sets geen problemen met sensoren, net zoals het kind geen problemen heeft met verbeeldingskracht.
Over het geheel genomen, ongeacht de interesses en favoriete vakken van uw kind op school, zal het leren met MINDSTORMS EV3-sets ervoor zorgen dat uw kind duidelijker wordt benadrukt en gefocust op zijn ontwikkeling in de toekomst.
In het leven
Op dit moment worden de oplossingen van het bedrijf al door studenten gebruikt om interessante projecten te creëren, zowel als onderdeel van verschillende competities als voor algemene ontwikkeling. De media schreven er dit jaar over een aantal.
Astrachan-schoolkinderen Ruslan Kazimov en Mikhail Gladyshev, gevestigd in het regionale technologiepark, ontwikkelden een robotsimulator voor de revalidatie van handgewrichten.
foto - rg.ru
De achtsteklassers hebben iets minder dan twee maanden besteed aan het ontwikkelen van de simulator. Ze presenteerden hun project op de regionale fase van de IX All-Russische competitie van wetenschappelijke en innovatieve projecten in het Zuidelijk Federaal District, waar ze de tweede plaats behaalden. In de toekomst zijn ze van plan een industrieel prototype te maken - voorlopig bieden de ontwikkelaars alleen een prototype aan dat is gemaakt van de LEGO MINDSTORMS Education EV3 educatieve robotset.
Het apparaat dupliceert de bewegingen die door de arts worden uitgevoerd - de gewrichten beginnen te werken, waardoor niet alleen de mobiliteit van hen, maar ook van spiergroepen wordt hersteld. Hoewel apparaten via Bluetooth zijn verbonden, zullen ze in de toekomst communiceren via internet of Wi-Fi.
Er zijn analogen van een dergelijk apparaat op de markt, maar het Astrakhan-apparaat kan gelijktijdig werken met de schouder-, pols- en ellebooggewrichten. Bovendien is hij draagbaar en werkt hij op batterijen. Er is ook de mogelijkheid van afstandsbediening, dat wil zeggen dat de patiënt kan trainen zonder het huis te verlaten.
Op de World Robotics Olympiade 2015 (WRO 2015) ontving het Russische team DRL uit St. Petersburg een speciale prijs voor creativiteit van LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Het Russische DRL-team presenteerde het CaveBot-project. Jongens uit Sint-Petersburg creëerden, onder leiding van coach Sergei Filippov, een unieke robotverkenner om onontdekte gebieden in grotten te ontdekken. De ontwikkeling bestrijkt verschillende wetenschapsgebieden, omdat de unieke robot het mogelijk maakt taken van verschillende complexiteit uit te voeren.
Het team bouwde een klimrobot die was uitgerust met verschillende sensoren om objecten te detecteren voor latere verkenning. De resulterende gegevens kunnen op een computer worden omgezet in 3D-modellen.
En de 13-jarige Shubham Banerjee creëerde Braille gemaakt van LEGO-stukken voor een wetenschapsproject op school. Later werd met de medewerking van zijn familie een startup opgericht om de uitvinding te lanceren, die financiële steun kreeg van het technologiebedrijf Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Het idee om een printer te maken kwam bij Shubham na onderzoek naar braille op internet. De student realiseerde zich dat printers voor blind typen meer dan 2,000 dollar kosten en besloot een goedkopere versie te maken.
Kort na de uitvinding begonnen blinde kinderen en hun ouders contact op te nemen met Shubham met een enkel verzoek: om een goedkope brailleprinter te maken, met de belofte dat ze hem 'van de plank zouden kopen'.
Zoals u kunt zien, stelt het gebruik van MINDSTORMS Education EV3 in het leerproces leerlingen in staat hun verbeeldingskracht maximaal te gebruiken, waardoor steeds meer nieuwe mechanismen worden gecreëerd die niet alleen helpen ideeën te realiseren of experimenten visueel uit te voeren, maar ook beginnen te beslissen over hun toekomstige beroep.
Als je vragen hebt over het gebruik van deze oplossingen in het onderwijsproces (of over de producten zelf), schrijf ze dan in de reacties.
Bron: www.habr.com