obraz – roboconstructor.ru
Znana przypowieść mówi, że gdy młoda matka z dzieckiem na rękach zwróciła się do mędrca i zapytała, w jakim wieku powinna zacząć wychowywać swoje potomstwo, starzec odpowiedział, że spóźnia się o tyle lat, ile ma już dziecko. . Sytuacja z wyborem przyszłego powołania jest dość podobna. Trudno wymagać od dziecka świadomości swoich skłonności i zainteresowań, ale już w szkole średniej zaczynają się różnego rodzaju specjalizacje i dobrze byłoby już wtedy wiedzieć, w którą stronę skierować dorosłe dziecko. Ale jedno wiemy już niemal na pewno: w ciągu najbliższych dziesięcioleci od 30 do 80% zawodów zostanie w pełni zautomatyzowanych.
Robotyka, cybernetyka i zrozumienie algorytmów to zestaw umiejętności, dzięki którym najprawdopodobniej dana osoba nie stanie przed tak niejasnymi perspektywami. Oczywiście najprawdopodobniej równolegle z zastępowaniem siły roboczej robotami rozwinie się także koncepcja bezwarunkowego dochodu podstawowego, ale jest mało prawdopodobne, że chcesz takiej przyszłości dla swojego dziecka.
Obecnie istnieje wiele sposobów, aby szybko pokazać młodej i zainteresowanej publiczności podstawy programowania i robotyki. Wszystkie są niedrogie, dość łatwe do nauczenia i w ciągu kilku godzin pozwalają zrozumieć podstawy algorytmów i koncepcji urządzeń cybernetycznych. Jednak w klasach łatwo spotkać się z wadami tych platform – ograniczoną odpornością na zużycie (i nie oszukujmy się, „idiotyczną odpornością”) płytek stykowych, niezbyt przyjaznymi dla dzieci w wieku 11-12 lat interfejsami oprogramowania i stosunkowo małą element „gry”.
Najsłynniejszy producent zestawów edukacyjnych, firma LEGO Education, od ponad dwudziestu lat zmaga się z tymi wszystkimi mankamentami. Mówimy oczywiście o platformie MINDSTORMS Education EV3. Od Mindstorms RCX wyprodukowanych na początku lat 90-tych po najnowocześniejszy kompleks MINDSTORMS Education EV3, zasada tworzenia platformy pozostaje ta sama. Opiera się na „inteligentnej cegle”, mikrokomputerze z ekranem i portami I/O, do których podłączane są wszystkie pozostałe komponenty. Jak w każdym systemie robotycznym, urządzenia peryferyjne dzielą się na czujniki i efektory. Za pomocą czujników robot postrzega otaczający go świat, a dzięki efektorom reaguje na niego zgodnie z zaprogramowanym programem. Elementy platformy łączone są ze sobą prostymi kablami bez lutowania, a konstrukcje mechaniczne ogranicza jedynie wytrzymałość plastikowych części i wyobraźnia projektantów.
Ogólnie rozważaliśmy możliwości takich rozwiązań, ale teraz chcemy bardziej szczegółowo przyjrzeć się LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 jest kompatybilny z częściami Lego Technic. Oznacza to, że na platformie można tworzyć różnorodne, a nawet niesamowite projekty, od prostych „samochodów” i „robotycznych rąk” po złożone przenośniki, a nawet „układacze kostki Rubika”. Jako źródło części do projektów można wykorzystać praktycznie każdy zestaw Lego Technic, a wymiana uszkodzonych części zamiennych nie będzie stanowić problemu. Tak, nie wyglądają tak brutalnie, jak stary radziecki aluminiowy zestaw konstrukcyjny, ale w praktyce okazują się jeszcze mocniejsze niż produkty metalowe. Przynajmniej w mojej kolekcji, której początki sięgają 1993 roku, nie odkryto jeszcze ani jednej uszkodzonej części.
Podstawowy zestaw edukacyjny MINDSTORMS Education EV3 zawiera 541 elementów Lego Technic. Można kupić jako specjalistyczny zestaw zasobów, np (lub starszy 9648, wyprodukowany dla NXT) lub po prostu konstruktor dużego typu (2800 części) lub (prawie 4000 części) i po wystarczającej zabawie z głównym modelem wykorzystaj go jako „cegiełki” do eksperymentów cybernetycznych. Pod względem jednego elementu Lego znacznie wyprzedza inne zestawy tutaj - tylko 3-5 rubli za sztukę.
No cóż, jeśli ktoś ma starą kolekcję zawierającą dziesiątki tysięcy części, to w ogóle nie będzie musiał martwić się o zasoby.
Zrzut ekranu z serwisu Brickset (interaktywna baza danych dla posiadaczy zestawów konstrukcyjnych Lego, która umożliwia zbieranie różnorodnych statystyk) autorstwa autora
Dotyczy to jednak tylko elementów „pasywnych” takich jak belki, koła czy sworznie łączące. Czujniki i efektory są oczywiście znacznie droższe, ale w podstawowym zestawie jest ich aż nadto. Mindstorms EV3 jest wyposażony w trzy silniki (dwa większe i mocniejsze oraz jedno kompaktowe serwo), parę czujników dotykowych (rodzaj „inteligentnych” przycisków), czujniki ultradźwiękowe, żyroskopowe i koloru (może również pracować w trybie czujnika światła). . Dodatkowo zachowana została kompatybilność z czujnikami z poprzedniej generacji robotów Lego Education – Mindstorms NXT (w tym np. czujnikiem poziomu hałasu).
Wróćmy jednak do „inteligentnej cegły”, czyli serca systemu. To rzeczywiście dość ciężka i obszerna „cegła”, wyposażona w monochromatyczny ekran LCD o wymiarach 178 x 128 (wyświetlane jest na nim nie tylko menu, ale także wszelkiego rodzaju niestandardowe obrazy podczas pracy) ze zmiennym kolorem podświetlenia. Za pomocą przewodów ze standardowym złączem RJ-12 podłącza się do niego czujniki i efektory (do czterech urządzeń każdego typu), jest slot na kartę microSDHC oraz port USB.
Za pomocą tego ostatniego można zarówno pobrać same programy, jak i zaktualizować oprogramowanie sprzętowe. Mikrokontroler nie jest jednak pozbawiony interfejsów bezprzewodowych, w razie potrzeby można pobierać programy poprzez Wi-Fi (wymagany moduł zewnętrzny) lub Bluetooth (wbudowany). Ponadto, jeśli montujemy zdalnie sterowanego robota, możemy nim „sterować” za pomocą komunikacji bezprzewodowej ze smartfona lub tabletu.
Wewnątrz „inteligentnej cegły” kryje się procesor ARM 300 MHz, 16 megabajtów pamięci stałej (i dlatego karta jest przydatna) oraz 64 megabajty pamięci RAM. Bez względu na to, jak skromne mogą się wydawać te liczby, jest więcej niż wystarczająca moc, aby wykonać nawet najbardziej rozbudowane algorytmy, które możesz napisać Ty, a tym bardziej dziecko w procesie uczenia się. A jeśli porównać go z procesorem 48 MHz NXT poprzedniej generacji, który niedawno skończył dziesięć lat, postęp jest dość zauważalny. Nie można jednak powiedzieć, że NXT zauważalnie spowalnia proces rozwiązywania typowych problemów.
Do tego pojawił się czwarty port dla silników, co samo w sobie jest znaczącym rozszerzeniem funkcjonalności uzasadniającym upgrade.
Port USB obsługuje teraz tryb hosta, pozwala to nie tylko na podłączenie adaptera Wi-Fi, ale także na połączenie kilku bloków EV3 w jednego złożonego robota. To prawda, że poziom zadań staje się całkowicie „nie dziecinny”.
Wreszcie MINDSTORMS Education EV3 obsługuje teraz baterie. Zamiast sześciu baterii AA można zainstalować dołączoną baterię litowo-jonową na dwie i pół amperogodziny. Oczywiście nikt nie zabrania używania akumulatorków AA typu eneloop, jednak konieczność ich wyjmowania w celu ładowania sprawia, że użyteczność jest poniżej średniej. A cena pary zestawów eneloop z ładowarką jest porównywalna z markową baterią.
O tak, jest duży, głośny głośnik, który może teraz nie tylko popiskiwać melodie retro z epoki 8-bitowej, ale także odtwarzać przyjemniejsze dźwięki.
Przyjrzyjmy się teraz efektorom z zestawu podstawowego. Dwa z nich to mocne silniki podobne do tych stosowanych już w NXT, podłużne urządzenia, które wytwarzają poważny moment obrotowy dzięki wewnętrznej przekładni redukcyjnej.
W przypadku zablokowania silnika zapewnione jest sprzęgło mechaniczne, które zaczyna się ślizgać, jeśli tarcie jest większe niż obliczone, więc spalenie silnika jest dość trudne.
Wyposażony jest w czujnik kąta obrotu o rozdzielczości jednego stopnia (silnik informuje sterownik pod jakim kątem aktualnie obrócona jest jego oś) oraz możliwość dokładnej synchronizacji obrotów wszystkich podłączonych silników.
Trzeci, tzw. serwonapęd M (silnik średniej wielkości), wytwarza trzykrotnie mniejszy moment obrotowy, ale jego prędkość obrotowa jest prawie dwukrotnie większa.
Jeśli chodzi o czujniki, tak naprawdę nie musisz ograniczać się do tych oferowanych przez LEGO Education (chociaż są one w stanie sprostać każdemu projektowi edukacyjnemu), wiele zewnętrznych firm produkuje kompatybilne, a czasem dość egzotyczne czujniki. Kod źródłowy oprogramowania sprzętowego i pełna specyfikacja sprzętu .
Oprogramowanie
Dużo mówiliśmy o sprzęcie, ale tak naprawdę nie tylko on decyduje o efektywności zajęć z robotyki. To obecność naprawdę intuicyjnego oprogramowania na wielu platformach (Mac, PC, urządzenia mobilne) i sprawia, że LEGO MINDSTORMS Education EV3 jest platformą wybieraną do nauki, zwłaszcza pomiędzy szkołą podstawową a średnią, dla dzieci w wieku dziesięciu lat.
Ekran powitalny aplikacji na iPadzie
Wizualizacja algorytmów w natywnym oprogramowaniu LEGO MINDSTORMS Education EV3 jest po prostu na najwyższym poziomie – w ciągu kilku minut wystarczy opanować główne typy interakcji bloków logicznych (warunki przejścia, pętla itp.), a następnie stopniowo zwiększać złożoność programów. Istnieją oczywiście gotowe projekty edukacyjne dla kilkudziesięciu różnych modeli robotów, a jeśli chcesz, w społecznościach internetowych możesz znaleźć tysiące ciekawych programów.
Przykładowy program w aplikacji na iPada
Zaawansowani użytkownicy mogą zainstalować LabVIEW lub RobotC – „mózgi” LEGO MINDSTORMS Education EV3 są w pełni kompatybilne z tymi pakietami. Niestety, nie będzie możliwości eksportowania starych projektów do NXT bez dodatkowej konwersji.
Z edukacyjnego punktu widzenia jest to o wiele bardziej interesujące . Umożliwia prowadzenie elektronicznych notatników dla uczniów, dzięki którym nauczyciel może ocenić sukces konkretnego ucznia z poziomu jego wersji aplikacji i monitorować jego postępy. Dodatkowo możesz korzystać nie tylko z materiałów edukacyjnych dostępnych na pokładzie oprogramowania (a jest ich wiele), ale także tworzyć własne, korzystając z wbudowanego edytora treści.
Filmy instruktażowe dotyczące edytora treści EV3
Wersja desktopowa posiada także narzędzie do rejestracji danych z możliwością programowania obszarów wykresu w zależności od wartości progowych. Oznacza to, że teraz nauczyciel może łatwo zademonstrować działanie nowoczesnych technologii np. w ramach inteligentnego domu.
Mikrokomputer EV3 będzie zbierał dane z czujników w czasie rzeczywistym i w zależności od temperatury tła uruchomi jeden lub inny program modelowy. Gdy temperatura jest wysoka, włącza się wentylator, a gdy temperatura jest niska, włącza się grzejnik. Studenci będą mogli rejestrować i analizować dane, finalizując model.
Rejestracja danych
Otwartość oprogramowania „smart cegły” już odegrała swoją rolę: istnieją alternatywne opcje obsługujące najpopularniejsze języki programowania (jest ich kilkadziesiąt). W zasadzie wykorzystanie EV3 można „przykręcić” do dowolnego projektu edukacyjnego związanego z programowaniem, ponieważ niewiele rzeczy cieszy tak, jak możliwość zobaczenia pracy własnych algorytmów „na sprzęcie”.
Wielu spodziewa się, że przeszkodą w tej historii może być cena. Rzeczywiście za zestaw podstawowy trzeba będzie zapłacić 29 900 rubli plus kolejne 2 za ładowanie. W tej kwocie znajdują się jednak części i elektronika do komfortowej pracy dwóch uczniów, a także pełnoprawne podstawowe oprogramowanie z 500 gotowymi lekcjami (które od stycznia 48 roku jest całkowicie bezpłatne zarówno dla osób prywatnych, jak i organizacji). Oczywiście dodatkowe wyposażenie i zestawy misji mogą zwiększyć koszt, ale w granicach rozsądku. Zatem zestaw dla 2016 uczniów, zawierający zestaw podstawowy i zasoby LME EV8, ładowarki, oprogramowanie i , będzie kosztować 174 900. Całkiem akceptowalne do wyposażenia np. koła w szkole.
Tak, jest zauważalnie droższy od prostych platform typu Arduino. Ale możliwości, a także poziom zaangażowania są znacznie większe. Program nauczania oparty na EV3 można bezpiecznie zaplanować w szkole średniej i poza nią. Ponadto przy odpowiednim użyciu LEGO MINDSTORMS Education EV3 po prostu „przeżyje” kilka prostych zestawów ze względu na właściwości mechaniczne, łatwą wymianę i dostępność części (w mojej praktyce w 12-letnim modelu tylko jeden kabel RJ-10 wymagał wymiany NXT).
W rezultacie widzimy projekt niemal open source wspierany przez gigantyczną firmę ze wszystkimi bonusami wymaganymi w takiej sytuacji – długim cyklem życia, dostępnością części zamiennych i rozszerzeń, oficjalnymi i amatorskimi przewodnikami, rozwiniętą społecznością. Burze umysłów stały się niemal standardem na zachodnich zajęciach z robotyki edukacyjnej dla dzieci i byłoby naprawdę fajnie, gdyby zostały szeroko przyjęte w Rosji.
Wybór ścieżki
A teraz do najważniejszej rzeczy. W przeciwieństwie do zestawów WeDo 2.0, EV3 adresowany jest do szkół średnich, a więc do starszych dzieci, dla których kwestia wyboru przyszłego zawodu jest poważniejsza.
Korzystając z EV3, każdy uczeń będzie mógł aktywniej ujawnić zdolności, które były mu wpisane z natury, wychowania i procesu edukacyjnego.
Urodzony matematyk będzie uważnie monitorował telemetrię czujników, jak dokładnie rejestrowana jest odległość przebyta przez robota, jak rejestrowany jest kąt, o jaki się odchyla, i tak dalej.
Przyszły informatyk będzie oczywiście zanurzał się w programowaniu robota, analizując algorytmy, według których się on porusza. I z pewnością stworzy własny, nie przewidziany w standardowych instrukcjach.
Dziecko, które jest pasjonatem fizyki, będzie mogło przy pomocy robota przeprowadzać wizualne eksperymenty, na szczęście w zestawach nie ma problemów z czujnikami, tak jak dziecko nie ma problemów z wyobraźnią.
Podsumowując, niezależnie od zainteresowań Twojego dziecka i ulubionych przedmiotów w szkole, nauka z zestawami MINDSTORMS EV3 pozwoli na jego wyraźniejsze podkreślenie i skupienie na jego przyszłym rozwoju.
W życiu
W tej chwili rozwiązania firmy są już wykorzystywane przez studentów do tworzenia ciekawych projektów, zarówno w ramach różnorodnych konkursów, jak i do ogólnego rozwoju. W tym roku media rozpisywały się o wielu z nich.
Uczniowie z Astrachania, Rusłan Kazimov i Michaił Gładyszew, z regionalnego parku technologicznego opracowali robotyczny symulator do rehabilitacji stawów dłoni.
zdjęcie - rg.ru
Ósmoklasiści spędzili nieco niecałe dwa miesiące na opracowywaniu symulatora. Zaprezentowali swój projekt na etapie regionalnym IX Ogólnorosyjskiego konkursu projektów naukowych i innowacyjnych w Południowym Okręgu Federalnym, gdzie zajęli drugie miejsce. W przyszłości planują stworzyć prototyp przemysłowy – na razie twórcy oferują jedynie prototyp wykonany z edukacyjnego zestawu robotycznego LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Urządzenie powiela ruchy wykonywane przez lekarza – stawy zaczynają pracować, przywracając w ten sposób ruchomość nie tylko im, ale także grupom mięśniowym. O ile urządzenia połączone są poprzez Bluetooth, o tyle w przyszłości będą się komunikować poprzez Internet lub Wi-Fi.
Na rynku dostępne są analogi takiego urządzenia, ale urządzenie Astrachań może pracować jednocześnie ze stawami barkowymi, nadgarstkowymi i łokciowymi. Co więcej, jest przenośny i zasilany bateryjnie. Istnieje również możliwość zdalnego sterowania, czyli pacjent może trenować bez wychodzenia z domu.
Na Światowej Olimpiadzie Robotyki 2015 (WRO 2015) rosyjski zespół DRL z St. Petersburga otrzymał nagrodę specjalną za kreatywność od LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Rosyjski zespół DRL zaprezentował projekt CaveBot. Chłopaki z Petersburga pod okiem trenera Siergieja Filippova stworzyli wyjątkowego robota-odkrywcę, który ma za zadanie odkrywać niezbadane obszary w jaskiniach. Rozwój obejmuje różne dziedziny nauki, gdyż unikalny robot umożliwia realizację zadań o różnym stopniu złożoności.
Zespół zbudował robota wspinaczkowego wyposażonego w różne czujniki wykrywające obiekty do późniejszej eksploracji. Uzyskane dane można przekształcić w modele 3D na komputerze.
I stworzył 13-letni Shubham Banerjee Braille'a wykonany z kawałków LEGO na potrzeby szkolnego projektu naukowego. Później, przy udziale jego rodziny, powstał startup mający na celu uruchomienie wynalazku, który otrzymał wsparcie finansowe od technologicznego korporacji Intel.
(Zdjęcie: Marcio Jose Sanchez, AP)
Pomysł stworzenia drukarki przyszedł do Shubhama po przejrzeniu alfabetu Braille'a w Internecie. Zdając sobie sprawę, że drukarki do pisania bezwzrokowego kosztują od 2,000 dolarów wzwyż, student zdecydował się stworzyć tańszą wersję.
Wkrótce po wynalezieniu niewidome dzieci i ich rodzice zaczęli kontaktować się z Shubhamem z jedną prośbą – o wykonanie niedrogiej drukarki brajlowskiej, obiecując „kupić ją od ręki”.
Jak widać zastosowanie MINDSTORMS Education EV3 w procesie uczenia się pozwala uczniom maksymalnie wykorzystać swoją wyobraźnię, tworząc coraz to nowe mechanizmy, które nie tylko pomagają realizować pomysły czy wizualnie przeprowadzać dowolne eksperymenty, ale także zaczynają decydować o ich przyszły zawód.
Jeśli masz pytania dotyczące wykorzystania tych rozwiązań w procesie edukacyjnym (lub samych produktów), napisz je w komentarzach.
Źródło: www.habr.com