bilde – roboconstructor.ru
En kjent lignelse sier at da en ung mor med et barn i armene snudde seg til vismannen og spurte ved hvilken alder hun skulle begynne å oppdra sitt avkom, svarte den gamle mannen at hun var like mange år forsinket som barnet allerede var . Situasjonen med å velge fremtidig yrke er ganske lik. Det er vanskelig å kreve bevissthet om ens tilbøyeligheter og interesser fra en baby, men allerede på videregående begynner alle slags spesialiseringer, og på dette tidspunktet ville det være fint å allerede vite hvilken retning det voksne barnet skal flytte. Men en ting vi allerede vet nesten sikkert, er at i løpet av de neste tiårene vil fra 30 til 80 % av yrkene være helautomatiserte.
Robotikk, kybernetikk og forståelse av algoritmer er et sett med ferdigheter som, mest sannsynlig, en person ikke vil møte slike vage utsikter med. Selvfølgelig, mest sannsynlig, parallelt med utskifting av arbeidsstyrken med roboter, vil konseptet om en ubetinget grunninntekt også utvikle seg, men det er usannsynlig at du ønsker en slik fremtid for barnet ditt.
Det er nå mange måter å raskt vise et ungt og interessert publikum det grunnleggende om programmering og robotikk. Alle av dem er rimelige, ganske enkle å lære, og gir i løpet av noen få timer en forståelse av det grunnleggende om algoritmer og konsepter for kybernetiske enheter. Men i klasserom er det lett å støte på ulempene med disse plattformene - begrenset slitestyrke (og la oss innse det, "idiotmotstand" også) av brødbrett, programvaregrensesnitt som ikke er veldig vennlige for barn i alderen 11-12, og en relativt liten «spill»-element.
Den mest kjente produsenten av utdanningssett, LEGO Education, har slitt med alle disse manglene i mer enn tjue år. Vi snakker selvfølgelig om MINDSTORMS Education EV3-plattformen. Fra Mindstorms RCX produsert på begynnelsen av 90-tallet til det mest moderne MINDSTORMS Education EV3-komplekset, forblir prinsippet for plattformformasjon det samme. Den er basert på en "intelligent murstein", en mikrodatamaskin med skjerm og I/O-porter som alle andre komponenter er koblet til. Som i ethvert robotsystem er perifere enheter delt inn i sensorer og effektorer. Ved hjelp av sensorer oppfatter roboten verden rundt seg, og takket være effektorer reagerer den på den i henhold til det programmerte programmet. Plattformkomponentene kobles sammen med enkle kabler uten lodding, og de mekaniske strukturene begrenses kun av styrken til plastdelene og fantasien til designerne.
Vi vurderte mulighetene for slike løsninger generelt, men nå ønsker vi å dvele mer detaljert ved LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 er gjort kompatibel med Lego Technic-deler. Dette betyr at plattformen kan brukes til å lage et bredt utvalg av og til og med utrolige design, fra enkle "biler" og "robothender" til komplekse transportbånd eller til og med "Rubiks kubeløsere." Så godt som ethvert Lego Technic-sett kan brukes som kilde til deler til prosjekter, og det vil ikke være noe problem å erstatte skadede reservedeler. Ja, de ser ikke så brutale ut som det gamle sovjetiske aluminiumsbyggesettet, men i praksis viser de seg å være enda sterkere enn metallprodukter. I hvert fall i samlingen min, som startet i 1993, er det ennå ikke oppdaget en eneste ødelagt del.
MINDSTORMS Education EV3 Basic Education Set kommer med 541 Lego Technic-deler. Kan kjøpes som et spesialisert ressurssett som (eller den eldre 9648, produsert for NXT), eller bare en stor type konstruktør (2800 deler) eller (nesten 4000 deler), og etter å ha lekt nok med hovedmodellen, bruk den som "klosser" for kybernetiske eksperimenter. Når det gjelder ett stykke, er Lego veldig mye foran andre sett her - bare 3-5 rubler per stykke.
Vel, hvis noen har en gammel samling som inkluderer titusenvis av deler, trenger du ikke å bekymre deg for ressurser i det hele tatt.
Skjermbilde fra Brickset-tjenesten (en interaktiv database for eiere av Lego byggesett som lar deg samle inn en rekke statistikker) av forfatteren
Dette gjelder imidlertid kun "passive" elementer som bjelker, hjul eller koblingsstifter. Sensorer og effektorer er selvfølgelig mye dyrere, men det er mer enn nok av dem i basissettet. Mindstorms EV3 kommer komplett med tre motorer (to større og kraftigere og en kompakt servo), et par berøringssensorer (en slags "smarte" knapper), ultralyd-, gyroskop- og fargesensorer (den kan også fungere i lyssensormodus) . I tillegg er kompatibilitet med sensorer fra forrige generasjon Lego Education-roboter – Mindstorms NXT (inkludert for eksempel en støynivåsensor) bevart.
Men la oss gå tilbake til den "smarte mursteinen", hjertet av systemet. Dette er faktisk en ganske tung og voluminøs "murstein", utstyrt med en 178x128 monokrom LCD-skjerm (ikke bare menyen vises på den, men også alle slags tilpassede bilder under drift) med en utskiftbar bakgrunnsbelysningsfarge. Ved å bruke ledninger med en standard RJ-12-kontakt kobles sensorer og effektorer til den (opptil fire enheter av hver type), det er et spor for microSDHC og en USB-port.
Sistnevnte kan brukes både til å laste ned selve programmene og til å oppdatere fastvaren. Mikrokontrolleren er imidlertid ikke fratatt trådløse grensesnitt, om ønskelig kan du laste ned programmer via Wi-Fi (krever en ekstern modul) eller Bluetooth (innebygd). Dessuten, hvis vi setter sammen en fjernstyrt robot, kan vi "styre" den ved hjelp av trådløs kommunikasjon fra en smarttelefon eller nettbrett.
Inne i den "smarte mursteinen" bor en 300 MHz ARM-prosessor, 16 megabyte permanent minne (og det er derfor kortet er nyttig) og 64 megabyte RAM. Uansett hvor beskjedne disse tallene kan virke, er det mer enn nok kraft til å utføre selv de mest omfattende algoritmene du, eller enda mer et barn i læringsprosessen, kan skrive. Og sammenligner du med 48 MHz-prosessoren til forrige generasjon NXT, som nylig fylte ti år, er fremgangen ganske merkbar. Det kan imidlertid ikke sies at NXT bremser ned noe merkbart i prosessen med å løse typiske problemer.
I tillegg har en fjerde port for motorer dukket opp, som i seg selv er en betydelig utvidelse av funksjonaliteten som rettferdiggjør oppgraderingen.
USB-porten støtter nå vertsmodus, dette lar deg ikke bare koble til en Wi-Fi-adapter, men også koble flere EV3-blokker til en kompleks robot. Riktignok blir oppgavenivået helt "ikke barnslig".
Endelig har MINDSTORMS Education EV3 nå batteristøtte. I stedet for seks AA-batterier kan du installere det medfølgende litium-ion-batteriet i to og en halv amperetime. Selvfølgelig er det ingen som forbyr bruk av eneloop-type AA-batterier, men behovet for å fjerne dem for lading gjør brukervennligheten under gjennomsnittet. Og prisen på et par eneloop-sett med lader er ganske sammenlignbar med et merkebatteri.
Å ja, det er en stor, høy høyttaler som nå ikke bare kan skrike retro-låter fra 8-bits æra, men også spille mer behagelige lyder.
La oss nå se på effektorene fra basissettet. To av dem er kraftige motorer som ligner på de som allerede brukes i NXT, avlange enheter som utvikler seriøst dreiemoment takket være et internt reduksjonsgir.
I tilfelle motoren er blokkert, er det gitt en mekanisk clutch, som begynner å gli hvis friksjonen er større enn den beregnede, så det er ganske vanskelig å brenne motoren.
Det er en rotasjonsvinkelsensor med en oppløsning på én grad (motoren forteller kontrolleren i hvilken vinkel dens akse for øyeblikket er rotert) og muligheten til å nøyaktig synkronisere rotasjonen til alle tilkoblede motorer.
Det tredje, såkalte M-servodrevet (mellomstor motor) produserer tre ganger mindre dreiemoment, men rotasjonshastigheten er nesten dobbelt så høy.
Når det gjelder sensorer, trenger du egentlig ikke begrense deg til de som tilbys av LEGO Education (selv om de er gjennom taket for ethvert utdanningsprosjekt), en rekke tredjepartsselskaper produserer kompatible og noen ganger ganske eksotiske sensorer. Fastvarekildekode og maskinvarespesifikasjoner i sin helhet .
Programvare
Vi har snakket mye om maskinvare, men faktisk er det ikke det eneste som bestemmer effektiviteten til robotikkklasser. Det er tilstedeværelsen av virkelig intuitiv programvare på flere plattformer (Mac, PC, mobile enheter) og gjør LEGO MINDSTORMS Education EV3 til den foretrukne plattformen for læring, spesielt mellom grunnskole og videregående skole, for barn på ti år.
App velkomstskjerm på iPad
Visualisering av algoritmer i den opprinnelige LEGO MINDSTORMS Education EV3-programvaren er rett og slett på høyeste nivå - på bare noen få minutter er det nok til å mestre hovedtypene for interaksjon av logiske blokker (overgangsforhold, loop, etc.) og deretter gradvis øke kompleksiteten til programmer. Selvfølgelig er det ferdige pedagogiske prosjekter for dusinvis av forskjellige modeller av roboter, og hvis du ønsker det, kan du finne tusenvis av interessante programmer i nettsamfunn.
Eksempelprogram i en iPad-applikasjon
Avanserte brukere kan installere LabVIEW eller RobotC - "hjernen" til LEGO MINDSTORMS Education EV3 er fullt ut kompatible med disse pakkene. Dessverre vil det ikke være mulig å eksportere gamle prosjekter for NXT uten ekstra konvertering.
Fra et pedagogisk synspunkt er det av mye større interesse . Det lar deg holde elektroniske notatbøker for studenter, takket være at læreren kan evaluere suksessen til en bestemt student fra hans versjon av applikasjonen og overvåke fremgangen hans. I tillegg kan du bruke ikke bare undervisningsmateriellet som er tilgjengelig om bord i programvaren (som det er mange av), men også lage ditt eget ved hjelp av den innebygde innholdsredigereren.
EV3 Content Editor opplæringsvideoer
Desktop-versjonen har også et dataregistreringsverktøy med muligheten til å programmere grafområder avhengig av terskelverdier. Det vil si at nå kan en lærer enkelt demonstrere driften av moderne teknologier i for eksempel et smarthus.
EV3-mikrodatamaskinen vil samle inn data fra sensorer i sanntid og, avhengig av temperaturbakgrunnen, starte et eller annet modellprogram. Når temperaturen er høy, slås viften på, og når temperaturen er lav, slås varmeren på. Og studentene vil kunne registrere og analysere data og fullføre modellen.
Datalogging
Åpenheten til den "smarte murstein"-fastvaren har allerede spilt sin rolle: det er alternative alternativer som støtter de fleste populære programmeringsspråk (dusinvis av dem). I det store og hele kan bruken av EV3 "knyttes" til ethvert pedagogisk prosjekt relatert til programmering, siden få ting er så behagelig som muligheten til å se arbeidet til ens egne algoritmer "i maskinvare."
Mange forventer at snublesteinen i denne historien kan være prisen. For det grunnleggende settet må du faktisk betale 29 900 rubler, pluss ytterligere 2 500 for lading. Dette beløpet inkluderer imidlertid deler og elektronikk for det komfortable arbeidet til to studenter, samt fullverdig grunnleggende programvare med 48 ferdiglagde leksjoner (som siden januar 2016 er helt gratis for både enkeltpersoner og organisasjoner). Selvfølgelig kan tilleggsutstyr og oppdragssett øke kostnadene, men innenfor rimelighetens grenser. Så et sett for 8 studenter, inkludert grunnleggende og ressurssett LME EV3, ladere, programvare og , vil koste 174 900. Helt akseptabelt for å utstyre for eksempel en sirkel på skolen.
Ja, det er merkbart dyrere enn enkle Arduino-lignende plattformer. Men mulighetene, så vel som graden av involvering, er mye høyere. Den EV3-baserte læreplanen kan trygt planlegges gjennom videregående skole og utover. I tillegg, med tilstrekkelig bruk av LEGO MINDSTORMS Education EV3 vil den ganske enkelt "overleve" flere enkle sett på grunn av mekaniske kvaliteter, enkel utskiftbarhet og tilgjengelighet av deler (i min praksis var det bare én RJ-12-kabel som krevde utskifting i løpet av 10-årsperioden- gamle NXT).
Som et resultat ser vi et nesten åpen kildekode-prosjekt støttet av et gigantisk selskap med alle bonusene som kreves i en slik situasjon - en lang livssyklus, tilgjengelighet av reservedeler og utvidelser, offisielle og amatørguider, et utviklet fellesskap. Mindstorms har blitt nesten en standard i vestlige pedagogiske robotikkklasser for barn, og det ville vært veldig kult å se det bredt adoptert i Russland.
Å velge en vei
Og nå til det viktigste. I motsetning til WeDo 2.0-sett, er EV3 rettet mot videregående skole, og derfor mot eldre barn, for hvem spørsmålet om å velge et fremtidig yrke er mer alvorlig.
Ved å bruke EV3 vil hver elev mer aktivt kunne avsløre evnene som var iboende i ham av natur, oppvekst og utdanningsprosessen.
En født matematiker vil nøye overvåke telemetrien til sensorene, nøyaktig hvordan avstanden som roboten har tilbakelagt registreres, hvordan vinkelen den avviker med, og så videre.
Den fremtidige IT-spesialisten vil selvfølgelig fordype seg i programmering av roboten, analysere algoritmene som den beveger seg etter. Og han vil helt sikkert lage sin egen, ikke gitt av standardinstruksjonene.
Et barn som brenner for fysikk vil kunne utføre visuelle eksperimenter ved hjelp av en robot, heldigvis har settene ingen problemer med sensorer, akkurat som barnet ikke har problemer med fantasien.
Samlet sett, uansett hvilke interesser og favorittfag barnet ditt har på skolen, vil læring med MINDSTORMS EV3-sett tillate dem å bli tydeligere fremhevet og fokusert på utviklingen i fremtiden.
I livet
For øyeblikket brukes allerede selskapets løsninger av studenter til å lage interessante prosjekter, både som del av ulike konkurranser og for generell utvikling. Media skrev om en rekke av dem i år.
Astrakhan-skolebarn Ruslan Kazimov og Mikhail Gladyshev, basert på den regionale teknologiparken, utviklet en robotsimulator for rehabilitering av håndledd.
bilde - rg.ru
Åttendeklassinger brukte litt mindre enn to måneder på å utvikle simulatoren. De presenterte prosjektet sitt på den regionale scenen av den IX all-russiske konkurransen av vitenskapelige og innovative prosjekter i det sørlige føderale distriktet, hvor de tok andreplassen. I fremtiden planlegger de å lage en industriell prototype - foreløpig tilbyr utviklerne kun en prototype laget av LEGO MINDSTORMS Education EV3 pedagogisk robotsett.
Enheten dupliserer bevegelsene utført av legen - leddene begynner å fungere, og gjenoppretter dermed mobiliteten til ikke bare dem, men også muskelgrupper. Mens enheter er koblet til via Bluetooth, vil de i fremtiden kommunisere via Internett eller Wi-Fi.
Det finnes analoger av en slik enhet på markedet, men Astrakhan-enheten kan fungere samtidig med skulder-, håndledd- og albueledd. Dessuten er den bærbar og batteridrevet. Det er også mulighet for fjernkontroll, det vil si at pasienten kan trene uten å forlate hjemmet.
På World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015) ble det russiske laget DRL fra St. Petersburg tildelt en spesialpris for kreativitet fra LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Det russiske DRL-teamet presenterte CaveBot-prosjektet. Gutter fra St. Petersburg, under veiledning av trener Sergei Filippov, skapte en unik robotutforsker for å oppdage uutforskede områder i huler. Utviklingen dekker ulike vitenskapelige felt, da den unike roboten gjør det mulig å utføre oppgaver av varierende kompleksitet.
Teamet bygde en klatrerobot utstyrt med forskjellige sensorer for å oppdage gjenstander for senere utforskning. De resulterende dataene kan gjøres om til 3D-modeller på en datamaskin.
Og 13 år gamle Shubham Banerjee skapte Punktskrift laget av LEGO-brikker for et naturfagprosjekt på skolen. Senere, med deltakelse av familien hans, ble det opprettet en oppstart for å lansere oppfinnelsen, som fikk økonomisk støtte fra teknologiselskapet Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideen om å lage en skriver kom til Shubham etter å ha undersøkt blindeskrift på Internett. Studenten innså at berøringsskrivere koster $2,000 og oppover, og bestemte seg for å lage en billigere versjon.
Rett etter oppfinnelsen begynte blinde barn og deres foreldre å kontakte Shubham med en enkelt forespørsel - for å lage en rimelig blindeskriftskriver, og lovet å "kjøpe den rett fra hylla."
Som du kan se, lar bruken av MINDSTORMS Education EV3 i læringsprosessen elevene bruke fantasien maksimalt, og skaper flere og flere nye mekanismer som ikke bare hjelper til med å realisere ideer eller visuelt utføre eksperimenter, men som også begynner å bestemme seg for deres fremtidige yrke.
Hvis du har spørsmål om bruken av disse løsningene i utdanningsprosessen (eller om selve produktene), skriv dem i kommentarfeltet.
Kilde: www.habr.com