imagem – roboconstructor.ru
Uma parábola conhecida diz que quando uma jovem mãe com um filho nos braços se voltou para o sábio e perguntou com que idade ela deveria começar a criar seus filhos, o velho respondeu que ela estava atrasada tantos anos quanto a criança já estava. . A situação com a escolha de uma futura vocação é bastante semelhante. É difícil exigir de um bebê a consciência das próprias inclinações e interesses, mas já no ensino médio começam todos os tipos de especializações, e a essa altura seria bom já saber em que direção seguir o filho adulto. Mas uma coisa que já sabemos quase com certeza é que nas próximas décadas, entre 30 e 80% das profissões serão totalmente automatizadas.
Robótica, cibernética e compreensão de algoritmos são um conjunto de habilidades com as quais, muito provavelmente, uma pessoa não enfrentará perspectivas tão vagas. É claro que, muito provavelmente, paralelamente à substituição da força de trabalho por robôs, o conceito de rendimento básico incondicional também se desenvolverá, mas é improvável que você queira esse futuro para o seu filho.
Existem agora muitas maneiras de mostrar rapidamente a um público jovem e interessado os conceitos básicos de programação e robótica. Todos eles são baratos, fáceis de aprender e em poucas horas fornecem uma compreensão dos fundamentos dos algoritmos e conceitos dos dispositivos cibernéticos. Mas nas salas de aula é fácil encontrar as desvantagens destas plataformas – resistência limitada ao desgaste (e, convenhamos, “resistência idiota” também) das protoboards, interfaces de software que não são muito amigáveis para crianças de 11 a 12 anos e um número relativamente pequeno de elemento “jogo”.
O mais famoso fabricante de conjuntos educacionais, LEGO Education, luta contra todas essas deficiências há mais de vinte anos. Estamos, é claro, falando da plataforma MINDSTORMS Education EV3. Desde o Mindstorms RCX produzido no início dos anos 90 até o mais moderno complexo MINDSTORMS Education EV3, o princípio de formação da plataforma permanece o mesmo. É baseado em um “tijolo inteligente”, um microcomputador com tela e portas de E/S às quais todos os outros componentes estão conectados. Como em qualquer sistema robótico, os dispositivos periféricos são divididos em sensores e efetores. Com a ajuda de sensores, o robô percebe o mundo ao seu redor e, graças aos efetores, reage a ele de acordo com o programa programado. Os componentes da plataforma são conectados entre si por cabos simples sem solda, e as estruturas mecânicas são limitadas apenas pela resistência das peças plásticas e pela imaginação dos projetistas.
Consideramos as possibilidades de tais soluções em geral, mas agora queremos nos aprofundar mais no LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 é compatível com peças Lego Technic. Isso significa que a plataforma pode ser usada para criar uma grande variedade e até designs incríveis, desde simples “carros” e “mãos robóticas” até transportadores complexos ou até mesmo “solucionadores de cubos de Rubik”. Praticamente qualquer conjunto Lego Technic pode ser usado como fonte de peças para projetos e não haverá problemas em substituir peças sobressalentes danificadas. Sim, eles não parecem tão brutais quanto o antigo kit de construção de alumínio soviético, mas na prática são ainda mais fortes que os produtos de metal. Pelo menos na minha coleção, que começou em 1993, ainda não foi descoberta uma única peça quebrada.
O conjunto educacional básico MINDSTORMS Education EV3 vem com 541 peças Lego Technic. Pode ser adquirido como um conjunto de recursos especializados como (ou o antigo 9648, produzido para NXT), ou apenas um construtor de tipo grande (2800 peças) ou (quase 4000 peças) e, tendo brincado bastante com o modelo principal, utilizá-lo como “tijolos” para experimentos cibernéticos. Em termos de peça única, o Lego está muito à frente de outros conjuntos aqui - apenas 3-5 rublos por peça.
Bem, se alguém tiver uma coleção antiga que inclui dezenas de milhares de peças, você não precisará se preocupar com recursos.
Captura de tela do serviço Brickset (um banco de dados interativo para proprietários de kits de construção Lego que permite coletar uma variedade de estatísticas) do autor
No entanto, isto só se aplica a elementos “passivos”, como vigas, rodas ou pinos de ligação. Sensores e efetores, é claro, são muito mais caros, mas há mais do que o suficiente no kit básico. Mindstorms EV3 vem completo com três motores (dois maiores e mais potentes e um servo compacto), um par de sensores de toque (uma espécie de botões “inteligentes”), sensores ultrassônicos, giroscópicos e de cor (também pode funcionar no modo sensor de luz) . Além disso, a compatibilidade com sensores da geração anterior de robôs Lego Education – Mindstorms NXT (incluindo, por exemplo, um sensor de nível de ruído) é preservada.
Mas voltemos ao “tijolo inteligente”, o coração do sistema. Este é realmente um “tijolo” bastante pesado e volumoso, equipado com uma tela LCD monocromática de 178x128 (não apenas o menu é exibido, mas também todos os tipos de imagens personalizadas durante a operação) com uma cor de luz de fundo variável. Utilizando fios com conector RJ-12 padrão, sensores e efetores são conectados a ele (até quatro dispositivos de cada tipo), há um slot para microSDHC e uma porta USB.
Este último pode ser usado tanto para baixar os próprios programas quanto para atualizar o firmware. Porém, o microcontrolador não é privado de interfaces sem fio, se desejar, você pode baixar programas via Wi-Fi (requer módulo externo) ou Bluetooth (integrado). Além disso, se estivermos montando um robô controlado remotamente, podemos “dirigi-lo” usando comunicação sem fio de um smartphone ou tablet.
Dentro do “tijolo inteligente” mora um processador ARM de 300 MHz, 16 megabytes de memória permanente (e é por isso que o cartão é útil) e 64 megabytes de RAM. Não importa quão modestos esses números possam parecer, há poder mais que suficiente para executar até mesmo os algoritmos mais extensos que você, ou ainda mais uma criança em processo de aprendizagem, pode escrever. E se você comparar com o processador de 48 MHz da geração anterior NXT, que recentemente completou dez anos, o progresso é bastante perceptível. No entanto, não se pode dizer que o NXT retarda visivelmente o processo de resolução de problemas típicos.
Além disso, apareceu uma quarta porta para motores, o que por si só é uma expansão significativa de funcionalidade que justifica a atualização.
A porta USB agora suporta o modo host, o que permite não apenas conectar um adaptador Wi-Fi, mas também conectar vários blocos EV3 em um robô complexo. É verdade que o nível das tarefas torna-se completamente “não infantil”.
Finalmente, o MINDSTORMS Education EV3 agora conta com suporte para bateria. Em vez de seis baterias AA, você pode instalar a bateria de íon de lítio incluída para duas horas e meia de ampere. É claro que ninguém proíbe o uso de pilhas AA do tipo Eneloop, mas a necessidade de retirá-las para carregar torna a usabilidade abaixo da média. E o preço de um par de kits Eneloop com carregador é bastante comparável ao de uma bateria de marca.
Ah, sim, há um alto-falante grande e alto que agora pode não apenas reproduzir músicas retrô da era de 8 bits, mas também reproduzir sons mais agradáveis.
Agora vamos dar uma olhada nos efetores do conjunto básico. Dois deles são motores potentes semelhantes aos já utilizados no NXT, dispositivos oblongos que desenvolvem grande torque graças a uma engrenagem de redução interna.
Caso o motor esteja bloqueado, é fornecida uma embreagem mecânica, que começa a escorregar se o atrito for maior que o calculado, sendo bastante difícil queimar o motor.
Há um sensor de ângulo de rotação com resolução de um grau (o motor informa ao controlador em que ângulo seu eixo está girado no momento) e a capacidade de sincronizar com precisão a rotação de todos os motores conectados.
O terceiro, o chamado servo M (motor de tamanho médio), produz três vezes menos torque, mas sua velocidade de rotação é quase duas vezes maior.
Quanto aos sensores, você realmente não precisa se limitar aos oferecidos pela LEGO Education (embora eles sejam incríveis para qualquer projeto educacional), várias empresas terceirizadas produzem sensores compatíveis e às vezes bastante exóticos. Código-fonte do firmware e especificações de hardware completas .
software
Já falamos muito sobre hardware, mas na verdade não é a única coisa que determina a eficácia das aulas de robótica. É a presença de software verdadeiramente intuitivo em múltiplas plataformas (Mac, PC, dispositivos móveis) e faz do LEGO MINDSTORMS Education EV3 a plataforma de escolha para aprendizagem, especialmente entre o ensino primário e secundário, para crianças de dez anos.
Tela de boas-vindas do aplicativo no iPad
A visualização de algoritmos no software nativo LEGO MINDSTORMS Education EV3 está simplesmente no mais alto nível - em apenas alguns minutos é suficiente dominar os principais tipos de interação de blocos lógicos (condições de transição, loop, etc.) e depois aumentar gradativamente o complexidade dos programas. Claro, existem projetos educacionais prontos para dezenas de modelos diferentes de robôs e, se desejar, você pode encontrar milhares de programas interessantes em comunidades online.
Programa de exemplo em um aplicativo para iPad
Usuários avançados podem instalar LabVIEW ou RobotC - os “cérebros” do LEGO MINDSTORMS Education EV3 são totalmente compatíveis com esses pacotes. Infelizmente, não será possível exportar projetos antigos para NXT sem conversão adicional.
Do ponto de vista educacional, é de muito maior interesse . Permite manter cadernos eletrônicos para os alunos, graças aos quais o professor pode avaliar o sucesso de um determinado aluno a partir de sua versão do aplicativo e monitorar seu progresso. Além disso, você pode usar não apenas os materiais educacionais disponíveis no software (que existem muitos), mas também criar o seu próprio usando o editor de conteúdo integrado.
Vídeos tutoriais do Editor de Conteúdo EV3
A versão desktop também possui um utilitário de gravação de dados com a capacidade de programar áreas gráficas dependendo dos valores limite. Ou seja, agora um professor pode demonstrar facilmente o funcionamento de tecnologias modernas dentro de uma casa inteligente, por exemplo.
O microcomputador EV3 coletará dados dos sensores em tempo real e, dependendo da temperatura ambiente, lançará um ou outro programa modelo. Quando a temperatura está alta, o ventilador liga e quando a temperatura está baixa, o aquecedor liga. E os alunos poderão registrar e analisar dados, finalizando o modelo.
Registro de dados
A abertura do firmware “smart brick” já desempenhou seu papel: existem opções alternativas que suportam as linguagens de programação mais populares (dezenas delas). Em geral, o uso do EV3 pode ser “anexado” a qualquer projeto educacional relacionado à programação, pois poucas coisas são tão agradáveis quanto a oportunidade de ver o trabalho dos próprios algoritmos “em hardware”.
Muitos esperam que o obstáculo nesta história seja o preço. Na verdade, para o conjunto Básico você terá que pagar 29 rublos, mais outros 900 para cobrança. Porém, esse valor inclui peças e eletrônicos para o trabalho confortável de dois alunos, além de um software básico completo com 2 aulas prontas (que desde janeiro de 500 é totalmente gratuito para pessoas físicas e jurídicas). É claro que equipamentos adicionais e kits de missão podem aumentar o custo, mas dentro do razoável. Assim, um kit para 48 alunos, incluindo conjuntos básicos e de recursos LME EV2016, carregadores, software e , custará 174, bastante aceitável para equipar, por exemplo, uma roda na escola.
Sim, é visivelmente mais caro do que plataformas simples do tipo Arduino. Mas as oportunidades, bem como o nível de envolvimento, são muito maiores. O currículo baseado no EV3 pode ser planejado com segurança durante o ensino médio e além. Além disso, com o uso adequado do LEGO MINDSTORMS Education EV3 ele simplesmente “sobreviverá” a vários kits simples devido às qualidades mecânicas, fácil substituição e disponibilidade de peças (na minha prática, apenas um cabo RJ-12 exigiu substituição no período de 10 anos). antigo NXT).
Como resultado, vemos um projeto quase de código aberto apoiado por uma empresa gigante com todos os bônus exigidos em tal situação - um longo ciclo de vida, disponibilidade de peças de reposição e extensões, guias oficiais e amadores, uma comunidade desenvolvida. Mindstorms se tornou quase um padrão nas aulas de robótica educacional ocidental para crianças, e seria muito legal vê-lo amplamente adotado na Rússia.
Escolha do caminho
E agora vamos ao principal. Ao contrário dos conjuntos WeDo 2.0, o EV3 destina-se ao ensino secundário e, portanto, às crianças mais velhas, para quem a questão da escolha de uma futura profissão é mais grave.
Com a ajuda do EV3, cada aluno poderá revelar de forma mais ativa as habilidades que lhe foram inerentes pela natureza, pela formação e pelo processo educacional.
Um matemático nato monitorará de perto a telemetria dos sensores, como exatamente a distância percorrida pelo robô é registrada, como é registrado o ângulo pelo qual ele se desvia e assim por diante.
O futuro especialista em TI, é claro, mergulhará na programação do robô, analisando os algoritmos pelos quais ele se move. E certamente criará o seu próprio, não previsto nas instruções padrão.
Uma criança apaixonada por física poderá realizar experimentos visuais com a ajuda de um robô, felizmente os conjuntos não têm problemas com sensores, assim como a criança não tem problemas com imaginação.
No geral, não importa quais sejam os interesses e matérias favoritas do seu filho na escola, aprender com os conjuntos MINDSTORMS EV3 permitirá que eles sejam mais claramente destacados e focados em seu desenvolvimento no futuro.
Na vida
Neste momento, as soluções da empresa já estão a ser utilizadas pelos alunos para a criação de projetos interessantes, tanto no âmbito de vários concursos como para desenvolvimento geral. A mídia escreveu sobre vários deles este ano.
Os alunos de Astrakhan, Ruslan Kazimov e Mikhail Gladyshev, baseados no parque tecnológico regional, desenvolveram um simulador robótico para a reabilitação das articulações das mãos.
foto - rg.ru
Os alunos da oitava série gastaram pouco menos de dois meses desenvolvendo o simulador. Eles apresentaram seu projeto na etapa regional do IX Concurso Pan-Russo de Projetos Científicos e Inovadores no Distrito Federal Sul, onde ficaram em segundo lugar. No futuro, eles planejam criar um protótipo industrial - por enquanto, os desenvolvedores oferecem apenas um protótipo feito a partir do conjunto robótico educacional LEGO MINDSTORMS Education EV3.
O aparelho duplica os movimentos realizados pelo médico - as articulações começam a funcionar, restaurando a mobilidade não só delas, mas também de grupos musculares. Embora os dispositivos estejam conectados via Bluetooth, no futuro eles se comunicarão pela Internet ou Wi-Fi.
Existem análogos desse dispositivo no mercado, mas o dispositivo Astrakhan pode funcionar simultaneamente com as articulações do ombro, punho e cotovelo. Além disso, é portátil e funciona com bateria. Existe também a possibilidade de controle remoto, ou seja, o paciente pode treinar sem sair de casa.
Na Olimpíada Mundial de Robótica 2015 (WRO 2015), a equipe russa DRL de São Petersburgo recebeu um prêmio especial de criatividade da LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
A equipe russa DRL apresentou o projeto CaveBot. Caras de São Petersburgo, sob a orientação do técnico Sergei Filippov, criaram um explorador robótico único para descobrir áreas inexploradas em cavernas. O desenvolvimento abrange diversas áreas científicas, já que o robô único possibilita a realização de tarefas de complexidade variada.
A equipe construiu um robô escalador equipado com vários sensores para detectar objetos para exploração posterior. Os dados resultantes podem ser transformados em modelos 3D em um computador.
E Shubham Banerjee, de 13 anos, criou Braille feito com peças de LEGO para um projeto de ciências escolar. Posteriormente, com a participação de sua família, foi criada uma startup para lançar a invenção, que recebeu apoio financeiro da empresa de tecnologia Intel.
(Foto: Márcio José Sanchez, AP)
A ideia de criar uma impressora surgiu em Shubham após pesquisar Braille na Internet. Percebendo que as impressoras de digitação custavam US$ 2,000 ou mais, o estudante decidiu fazer uma versão mais barata.
Logo após a invenção, crianças cegas e seus pais começaram a contatar Shubham com um único pedido - fazer uma impressora Braille barata, prometendo "comprá-la imediatamente".
Como você pode ver, a utilização do MINDSTORMS Education EV3 no processo de aprendizagem permite que os alunos usem ao máximo a imaginação, criando cada vez mais novos mecanismos que não só ajudam a concretizar ideias ou conduzir visualmente quaisquer experimentos, mas também começam a decidir sobre sua futura profissão.
Se você tiver dúvidas sobre a utilização dessas soluções no processo educacional (ou sobre os próprios produtos), escreva nos comentários.
Fonte: habr.com