imagine — roboconstructor.ro
O poveste cunoscută spune că, atunci când o mamă tânără cu un copil în brațe l-a întrebat pe înțelept de la ce vârstă ar trebui să înceapă educația odraslei, bătrânul a răspuns că a întârziat cu atâția ani câți avea deja copilul. Situația cu alegerea viitoarei cariere este destul de similară. Este greu să cerem unui bebeluș să conștientizeze propriile sale înclinații și interese, dar deja în școala medie încep diverse specializări și, până atunci, ar fi bine să știm în ce direcție ar trebui să meargă tânărul crescut. Dar un lucru știm aproape cu certitudine – în următoarele decenii, între 30% și 80% din profesii vor fi complet automatizate.
Robotica, cibernetica, înțelegerea algoritmilor – sunt seturi de abilități cu care oamenii nu vor avea foarte multe perspective neclare. Desigur, probabil că, odată cu înlocuirea forțelor de muncă cu roboți, va evolua și conceptul de venit de bază incondiționat, doar că, cu siguranță, nu vrei un astfel de viitor pentru copilul tău.
Există multe moduri de a arăta rapid tinerelor și interesate audiențe bazele programării și roboticii. Toate acestea sunt relativ ieftine, ușor de învățat și oferă înțelegerea principiilor algoritmilor și conceptelor dispozitivelor cibernetice deja după câteva ore. Dar în sălile de clasă te poți confrunta și cu dezavantajele acestor platforme – rezistența limitată la uzură (și, să fim sinceri, și „rezistența la prostie”) a plăcilor de prototipare, precum și interfețele software care nu sunt foarte prietenoase pentru copii de 11-12 ani și un element relativ mic de „joc”.
Cu toate aceste dezavantaje, se lucrează de mai bine de douăzeci de ani la cele mai cunoscute soluții de dezvoltare LEGO Education. Este vorba, desigur, despre platforma MINDSTORMS Education EV3. Începând cu produsele din primele zile ale anilor '90, Mindstorms RCX, și până la cel mai modern set MINDSTORMS Education EV3, principiul de formare al platformei rămâne același. La bază se află „ cărămida inteligentă” (“intelligent brick”), un microcomputer cu ecran și porturi de intrare-ieșire, la care se conectează toate celelalte componente. Ca în orice sistem robotic, dispozitivele periferice se împart în senzori și actuatori. Cu ajutorul senzorilor, robotul percepe lumea din jur, iar datorită activatorilor reacționează conform programului stabilit. Componentele platformei se conectează între ele prin cabluri simple, fără sudură, iar construcțiile mecanice sunt limitate doar de rezistența pieselor din plastic și de imaginația constructorilor.
am examinat posibilitățile acestor soluții în general, acum dorim să ne concentrăm mai în detaliu pe LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 este compatibil cu piesele Lego Technic. Aceasta înseamnă că platforma poate fi folosită pentru a crea cele mai variate și chiar incredibile construcții, de la simple „mașinuțe” și „brațe robotice” până la complexe benzi transportoare sau chiar „rezolvitori” de cuburi Rubik. Practic, orice set Lego Technic poate deveni o sursă de piese pentru proiecte, iar înlocuirea pieselor deteriorate nu va constitui o problemă. Da, arată poate nu atât de robust ca vechiul constructor sovietic din aluminiu, dar în practică se dovedesc chiar mai rezistente decât produsele din metal. Cel puțin în colecția mea, care a început în 1993, nu am găsit până acum nicio piesă broken.
Împreună cu setul educațional de bază MINDSTORMS Education EV3, sunt incluse 541 de piese Lego Technic. Este posibil să achiziționați un kit de resurse specializat precum (sau mai vechiul 9648, care a fost fabricat pentru NXT), sau pur și simplu un mare set de construcție de tipul (2800 de piese) sau (aproape 4000 de piese), și, după ce te-ai jucat destul cu modelul de bază, să-l dezmembrezi în „ cărămizi” pentru experimente cibernetice. Când se transformă în piese Lego, acest set câștigă cu mult în fața altor seturi – costul per piesă fiind de doar 3-5 ruble.
Însă, dacă cineva are o veche colecție care include zeci de mii de detalii, atunci nu va trebui să se îngrijoreze de resurse.
Captură de ecran din serviciul Brickset (o bază de date interactivă pentru proprietarii de seturi Lego, care permite colectarea unei varietăți de statistici) autor
Cu toate acestea, acest lucru se aplică doar elementelor „pasive” precum grinzi, roți sau pini de conectare. Senzorii și actuatorii sunt, desigur, mult mai scumpi, dar în setul de bază sunt mai mult decât suficienți. Mindstorms EV3 vine echipat cu trei motoare (două mai mari și mai puternice și unul compact), o pereche de senzori de atingere (o felie de butoane „inteligente”), senzori ultrasunete, giroscopici și de culoare (acesta din urmă poate funcționa și în modul senzor de iluminare). În plus, compatibilitatea cu senzori din generația anterioară de roboți Lego Education – Mindstorms NXT este păstrată (printre aceștia se numără, de exemplu, senzorul de nivel de zgomot).
Dar să ne întoarcem la „căsuța inteligentă”, inima sistemului. Este cu adevărat un „căsuță” destul de grea și voluminoasă, echipată cu un ecran LCD monocrom de 178x128 (pe care sunt afișate nu doar meniul, ci și tot felul de imagini personalizate în timpul funcționării) cu iluminare modificabilă. Prin intermediul cablurilor cu conector standard RJ-12, se conectează senzori și actuatorii (până la patru dispozitive din fiecare tip), are un slot pentru microSDHC și un port USB.
Acesta din urmă poate fi utilizat atât pentru a încărca programele propriu-zise, cât și pentru a actualiza firmware-ul. Cu toate acestea, microcontrolerul nu este lipsit de interfețe wireless, iar la nevoie programele pot fi încărcate prin Wi-Fi (necesită un modul extern) sau Bluetooth (integrat). De asemenea, dacă construim un robot cu control de la distanță, îl putem „dirija” utilizând conexiunea wireless cu un smartphone sau tabletă.
În interiorul „cărămizii inteligente” se află un procesor ARM de 300 MHz, 16 megabytes de memorie permanentă (iar aici este unde va fi utilă placa) și 64 megabytes de memorie RAM. Indiferent cât de modeste par aceste cifre, pentru executarea chiar și celor mai complexe algoritmi pe care tu sau, cu atât mai mult, un copil le-ar putea scrie în timpul învățării, puterea este mai mult decât suficientă. Și dacă comparăm cu procesorul de 48 MHz din generația anterioară NXT, care a împlinit recent zece ani – progresul este cu adevărat vizibil. Totuși, nu se poate spune că NXT a avut probleme semnificative în rezolvarea sarcinilor standard.
În plus, a apărut un al patrulea port pentru motoare, iar aceasta este o extindere semnificativă a funcționalității, care justifică upgrade-ul.
Portul USB suportă acum modul gazdă, ceea ce permite nu numai conectarea unui adaptor Wi-Fi, ci și conectarea mai multor blocuri EV3 într-un singur robot complex. Totuși, nivelul sarcinilor devine complet „nepotrivit pentru copii”.
În sfârșit, MINDSTORMS Education EV3 a obținut suport pentru alimentarea cu baterii. În loc de șase baterii AA, poți instala acum bateria litiu-ion de două ampere-oră, inclusă în pachet. Sigur, nimeni nu interzice utilizarea bateriilor tip eneloop, dar necesitatea de a le scoate pentru încărcare reduce semnificativ utilizabilitatea. De asemenea, prețul a două seturi de eneloop cu încărcător este comparabil cu cel al bateriei originale.
Oh da, a apărut un difuzor mare și puternic, care acum poate să nu doar emită melodii retro din era de 8 biți, ci și să redea sunete mai plăcute.
Acum să ne uităm la efectoarele din setul de bază. Două dintre ele sunt motoare puternice, similare celor folosite anterior în NXT, dispozitive elongated care dezvoltă un cuplu semnificativ datorită transmisiei interne de reducere.
În caz de blocare a motorului, este prevăzut un mecanism de fricțiune care începe să alunece dacă frecarea depășește valoarea calculată, astfel că motorul este destul de greu de ars.
Există un senzor de unghi de rotație cu o rezoluție de un grad (motorul raportează controlerului unghiul la care este acum orientată axa sa) și posibilitatea de a sincroniza cu precizie rotația tuturor motoarelor conectate.
Cea de-a treia, așa-numita M-acționare (motor de dimensiune medie) oferă un cuplu de moment de trei ori mai mic, dar, pe de altă parte, viteza sa de rotație este de aproape două ori mai mare.
În ceea ce privește senzorii, nu este neapărat necesar să te limitezi la cei oferiți de LEGO Education (deși aceștia sunt mai mult decât suficienți pentru orice proiect educațional), mai multe companii terțe produc senzori compatibili și uneori destul de excentrici. Codul sursă al firmware-ului și specificațiile hardware sunt complet .
Software
Am discutat mult despre baza hardware, dar, în realitate, nu aceasta este singura care determină eficiența lecțiilor de robotică. De fapt, prezența unui software cu adevărat intuitiv pe multiple platforme (Mac, PC, dispozitive mobile) și fac din LEGO MINDSTORMS Education EV3 platforma aleasă pentru predare, mai ales la granița dintre școala primară și cea medie, pentru copii de aproximativ zece ani.
Ecranul de bun venit al aplicației pe iPad
Vizualizarea algoritmilor în software-ul nativ LEGO MINDSTORMS Education EV3 este la un nivel excelent – este suficient să înveți în câteva minute principalele tipuri de interacțiune ale blocurilor logice (condiții de tranziție, bucle etc.) și ulterior să crești treptat complexitatea programelor. Bineînțeles, există și proiecte educative gata făcute pentru zeci de modele variate de roboți, iar dacă dorești, poți găsi în comunitățile online mii de programe interesante.
Exemplu de program în aplicația pentru iPad
Utilizatorii avansați pot instala LabVIEW sau RobotC – "creierul" LEGO MINDSTORMS Education EV3 este complet compatibil cu aceste suite. Din păcate, nu poți exporta proiectele vechi pentru NXT fără conversie suplimentară.
Din punct de vedere educațional, versiunea de software pentru computere desktop prezintă un interes mult mai mare Video educaționale despre utilizarea editorului de conținut EV3
Videoclipuri educaționale despre utilizarea editorului de conținut EV3
În plus, versiunea desktop are un utilitar de înregistrare a datelor cu posibilitatea de a programa zonele graficului în funcție de valorile prag. Adică acum, educatorul poate demonstra cu ușurință cum funcționează tehnologiile moderne în cadrul unei case inteligente, de exemplu.
Microcomputerul EV3 va colecta date de la senzori în timp real și, în funcție de mediul termic, va lansa un anumit program al modelului. La temperaturi ridicate se activează ventilatorul, iar la temperaturi scăzute - încălzitorul. Iar elevii vor putea înregistra și analiza datele, îmbunătățind modelul.
Jurnalizarea datelor
Deschiderea firmware-ului „cărămizii inteligente” a jucat deja un rol important: există variante alternative care suportă majoritatea limbajelor de programare populare (zeci dintre ele). Practic, utilizarea EV3 poate fi conectată la orice proiect educațional legat de programare, deoarece puține lucruri oferă atât de multă satisfacție ca posibilitatea de a vedea algoritmii proprii „în acțiune”.
Mulți se așteaptă ca un obstacol în această poveste să fie prețul. Cu adevărat, pentru setul de bază va trebui să plătiți 29.900 de ruble, plus 2.500 pentru încărcător. Cu toate acestea, această sumă include piese și electronică pentru confortul a două elevi, precum și un software de bază complet cu 48 de lecții gata pregătite (care, din ianuarie 2016, este complet gratuit, atât pentru persoane fizice, cât și pentru organizații). Desigur, echipamentele suplimentare și seturile de sarcini pot crește costul, dar în limite rezonabile. Astfel, setul pentru 8 elevi, care include seturi de bază și resurse LME EV3, încărcătoare, software și , va costa 174.900. Este destul de acceptabil pentru dotarea, de exemplu, a unui cerc în școală.
Da, este semnificativ mai scump decât platformele simple de tip Arduino. Dar și posibilitățile, precum și nivelul de implicare sunt mult mai mari. Programul educațional bazat pe EV3 poate fi planificat cu ușurință pentru întreaga școală secundară și mai departe. În plus, prin utilizarea adecvată, LEGO MINDSTORMS Education EV3 poate „surviva” pur și simplu mai multor seturi simple datorită calităților mecanice, ușoarei schimbabilități și disponibilității pieselor (în experiența mea, doar un cablu RJ-12 a necesitat înlocuirea în NXT-ul de 10 ani).
În concluzie, vedem practic un proiect open-source, susținut de o companie uriașă care oferă toate bonusurile corespunzătoare, inclusiv un ciclu de viață extins, disponibilitate pentru piese de schimb și extensii, ghiduri oficiale și amatoare, precum și o comunitate dezvoltată. Mindstorms a devenit practic un standard pentru clasele de educație occidentală în robotică pentru copii, și ar fi cu adevărat minunat să vedem o răspândire largă a acestuia și în Rusia.
Alegerea căii
Și acum, la subiect. Spre deosebire de seturile WeDo 2.0, EV3 este orientat spre gimnaziu, deci spre copii mai mari, pentru care alegerea unei viitoare profesii este o problemă serioasă.
Folosind EV3, fiecare dintre elevi își va putea descoperi mai activ abilitățile înnăscute, care au fost dezvoltate prin natură, educație și procesul de învățare.
Un matematician înnăscut va urmări cu atenție telemetria senzorilor, modul în care este înregistrată distanța parcursă de robot, cum se înregistrează unghiul la care se abate și altele.
Un viitor specialist IT, evident, se va adânci în programarea robotului, analizând algoritmii conform cărora acesta se mișcă. Și cu siguranță va crea propriile sale algoritmi, care nu sunt prevăzuți în manualul standard.
Un copil pasionat de fizică va putea efectua experimente vizuale cu ajutorul robotului, având în vedere că seturile nu au probleme cu senzorii, la fel cum nici copilul nu are probleme cu imaginația.
În general, indiferent de interesele și materiile favorite ale copilului la școală, învățarea cu ajutorul seturilor MINDSTORMS EV3 le va permite să se evidențieze mai clar și să se concentreze pe dezvoltarea lor în viitor.
În viață
În prezent, soluțiile companiei sunt deja folosite de elevi pentru a crea proiecte interesante, atât în cadrul diferitelor competiții, cât și pentru dezvoltarea generală. Despre câteva dintre acestea, presa a scris în acest an.
Elevii din Astrahan, Ruslan Kazimov și Mihail Gladîșev, au dezvoltat un robot de antrenament pentru reabilitarea articulațiilor mâinilor pe baza tehnoparcului regional.
foto – rg.ru
Cei optimiști au dedicat puțin mai puțin de două luni pentru dezvoltarea simulatorului. Aceștia și-au prezentat proiectul la etapa regională a IX-a ediții a Concursului ruso-național de proiecte științifice și inovatoare din Sudul Federal, unde au obținut locul doi. În continuare, ei intenționează să creeze un prototip industrial – momentan dezvoltatorii oferă doar un prototip realizat dintr-un kit educațional de robotică LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Dispozitivul duplicatează mișcările efectuate de medic – articulațiile încep să funcționeze, restaurând astfel mobilitatea nu doar a acestora, ci și a grupelor de mușchi. Deocamdată, dispozitivele sunt conectate prin Bluetooth; în viitor, vor interacționa prin internet sau Wi-Fi.
Există analogi ai acestui dispozitiv pe piață, însă aparatul din Astrahan poate funcționa simultan cu articulațiile umărului, încheieturii și cotului. În plus, este portabil și funcționează cu baterii. De asemenea, există posibilitatea de control de la distanță, ceea ce înseamnă că pacientul poate exersa fără a părăsi casa.
La Olimpiada Mondială de Robotică 2015 (WRO 2015), echipa rusă DRL din Sankt Petersburg a primit un premiu special pentru creativitate din partea companiei LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Echipa rusă DRL a prezentat proiectul CaveBot. Tinerii din Sankt Petersburg, sub îndrumarea antrenorului Serghei Filipov, au creat un robot-explorator unic pentru descoperirea zonelor neexplorate din peșteri. Dezvoltarea acoperă diverse domenii științifice, deoarece robotul unic face posibilă realizarea unor sarcini variate ca complexitate.
Echipa a construit un robot-cățăraș dotat cu diferite senzori pentru a detecta obiecte în vederea studiului lor ulterior. Datele obținute pot fi transformate în modele 3D pe computer.
Iar adolescentul Shubham Banerjee a creat Braille din piese LEGO în cadrul unui proiect științific școlar. Ulterior, cu ajutorul familiei sale, a fost fondat un startup pentru lansarea invenției, care a primit sprijin financiar din partea corporației tehnice Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideea de a crea imprimanta i-a venit lui Shubham după ce a cercetat despre Braille pe internet. Realizând că imprimantele pentru tipărirea pentru nevăzători costă de la 2000$ și mai mult, elevul a decis să facă o versiune mai accesibilă.
La scurt timp după invenție, copiii nevăzători și părinții lor au început să-l contacteze pe Shubham cu o singură cerință - să facă un imprimant Braille accesibil, promițând că "o vor cumpăra direct de pe raft".
După cum puteți observa, utilizarea MINDSTORMS Education EV3 în procesul de învățare permite elevilor să își folosească la maximum imaginația, creând tot mai multe mecanisme care nu numai că ajută la realizarea ideilor sau la desfășurarea de experimente vizuale, dar îi ajută și să își contureze viitoarea profesie.
Dacă aveți întrebări referitoare la utilizarea acestor soluții în procesul educațional (sau despre produsele în sine) - scrieți-le în comentarii.
Sursa: habr.com
