imagine – roboconstructor.ru
O pildă cunoscută spune că, când o tânără mamă cu un copil în brațe s-a întors către înțelept și l-a întrebat de la ce vârstă trebuie să înceapă să-și crească odraslele, bătrânul a răspuns că a întârziat cu atâția ani cât a întârziat copilul. . Situația cu alegerea unei viitoare vocații este destul de asemănătoare. Este dificil să ceri conștientizarea înclinațiilor și intereselor cuiva de la un copil, dar deja în liceu încep tot felul de specializări și, până în acest moment, ar fi bine să știm deja în ce direcție să muți copilul adult. Dar un lucru pe care îl știm deja aproape sigur este că în următoarele decenii, de la 30 la 80% din profesii vor fi complet automatizate.
Robotica, cibernetica și înțelegerea algoritmilor sunt un set de abilități cu care, cel mai probabil, o persoană nu se va confrunta cu perspective atât de vagi. Desigur, cel mai probabil, în paralel cu înlocuirea forței de muncă cu roboți, se va dezvolta și conceptul de venit de bază necondiționat, dar este puțin probabil să îți dorești un astfel de viitor pentru copilul tău.
Există acum multe modalități de a arăta rapid unui public tânăr și interesat elementele de bază ale programării și roboticii. Toate sunt ieftine, destul de ușor de învățat și în câteva ore oferă o înțelegere a elementelor de bază ale algoritmilor și conceptelor dispozitivelor cibernetice. Dar în sălile de clasă este ușor să întâlniți dezavantajele acestor platforme - rezistența limitată la uzură (și să recunoaștem, „rezistența la idiot” de asemenea) a plăcilor, interfețe software care nu sunt foarte prietenoase pentru copiii cu vârsta cuprinsă între 11-12 ani și un relativ mic. element „joc”.
Cel mai faimos producător de seturi educaționale, LEGO Education, se luptă cu toate aceste neajunsuri de mai bine de douăzeci de ani. Vorbim, desigur, despre platforma MINDSTORMS Education EV3. De la Mindstorms RCX produs la începutul anilor 90 până la cel mai modern complex MINDSTORMS Education EV3, principiul formării platformei rămâne același. Se bazează pe o „cărămidă inteligentă”, un microcomputer cu ecran și porturi I/O la care sunt conectate toate celelalte componente. Ca în orice sistem robotizat, dispozitivele periferice sunt împărțite în senzori și efectori. Cu ajutorul senzorilor, robotul percepe lumea din jurul lui, iar datorită efectorilor reacţionează la aceasta în conformitate cu programul programat. Componentele platformei sunt conectate între ele cu cabluri simple fără lipire, iar structurile mecanice sunt limitate doar de rezistența pieselor din plastic și de imaginația designerilor.
Am luat în considerare posibilitățile unor astfel de soluții în general, dar acum dorim să ne oprim mai în detaliu asupra 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 o mare varietate de designuri și chiar incredibile, de la simple „mașini” și „mâini robotice” până la transportoare complexe sau chiar „rezolvatori de cuburi Rubik”. Practic, orice set Lego Technic poate fi folosit ca sursă de piese pentru proiecte și nu va fi nicio problemă la înlocuirea pieselor de schimb deteriorate. Da, nu arată la fel de brutal ca vechiul kit de construcție sovietic din aluminiu, dar în practică se dovedesc a fi chiar mai puternice decât produsele metalice. Cel puțin în colecția mea, care a început în 1993, nu a fost descoperită încă o singură piesă spartă.
Setul educațional de bază MINDSTORMS Education EV3 vine cu 541 de piese Lego Technic. Poate fi achiziționat ca un set de resurse specializate ca (sau 9648 mai vechi, produs pentru NXT), sau doar un constructor de tip mare (2800 piese) sau (aproape 4000 de părți) și, după ce sa jucat suficient cu modelul principal, îl folosește ca „cărămizi” pentru experimente cibernetice. În ceea ce privește o singură piesă, Lego este cu mult înaintea altor seturi de aici - doar 3-5 ruble pe bucată.
Ei bine, dacă cineva are o colecție veche care include zeci de mii de piese, atunci nu va trebui să vă faceți griji cu privire la resurse.
Captură de ecran din serviciul Brickset (o bază de date interactivă pentru proprietarii de truse de construcție Lego care vă permite să colectați o varietate de statistici) de către autor
Cu toate acestea, acest lucru se aplică doar elementelor „pasive” precum grinzi, roți sau știfturi de legătură. Senzorii și efectorii, desigur, sunt mult mai scumpi, dar sunt mai mult decât suficiente în kitul de bază. Mindstorms EV3 vine complet cu trei motoare (două mai mari și mai puternice și un servo compact), o pereche de senzori tactili (un fel de butoane „inteligente”), senzori ultrasonici, giroscopici și de culoare (poate funcționa și în modul senzor de lumină) . În plus, compatibilitatea cu senzorii din generația anterioară de roboți Lego Education, Mindstorms NXT, este menținută (aceasta include, de exemplu, un senzor de nivel de zgomot).
Dar să revenim la „cărămida inteligentă”, inima sistemului. Aceasta este într-adevăr o „cărămidă” destul de grea și voluminoasă, echipată cu un ecran LCD monocrom de 178x128 (nu numai meniul este afișat pe acesta, ci și tot felul de imagini personalizate în timpul funcționării) cu o culoare de fundal schimbabilă. Folosind fire cu un conector RJ-12 standard, senzorii și efectorii sunt conectați la acesta (până la patru dispozitive de fiecare tip), există un slot pentru microSDHC și un port USB.
Acesta din urmă poate fi folosit atât pentru a descărca programele în sine, cât și pentru a actualiza firmware-ul. Cu toate acestea, microcontrolerul nu este lipsit de interfețe wireless; dacă doriți, puteți descărca programe prin Wi-Fi (necesită un modul extern) sau Bluetooth (încorporat). De asemenea, dacă asamblam un robot controlat de la distanță, îl putem „dirige” utilizând comunicația wireless de pe un smartphone sau tabletă.
În interiorul „cărămizii inteligente” locuiește un procesor ARM de 300 MHz, 16 megaocteți de memorie permanentă (și de aceea cardul este util) și 64 de megaocteți de memorie RAM. Indiferent cât de modeste ar părea aceste numere, există o putere mai mult decât suficientă pentru a executa chiar și cei mai extinși algoritmi pe care tu, sau cu atât mai mult un copil aflat în procesul de învățare, îi poți scrie. Și dacă îl compari cu procesorul de 48 MHz al generației anterioare NXT, care a împlinit recent zece ani, progresul este destul de vizibil. Cu toate acestea, nu se poate spune că NXT încetinește semnificativ în procesul de rezolvare a problemelor tipice.
În plus, a apărut un al patrulea port pentru motoare, care în sine reprezintă o extindere semnificativă a funcționalității care justifică actualizarea.
Portul USB acceptă acum modul gazdă, acest lucru vă permite nu numai să conectați un adaptor Wi-Fi, ci și să conectați mai multe blocuri EV3 într-un robot complex. Adevărat, nivelul sarcinilor devine complet „nu copilăresc”.
În cele din urmă, MINDSTORMS Education EV3 are acum suport pentru baterie. În loc de șase baterii AA, puteți instala bateria litiu-ion inclusă pentru două ore și jumătate de amperi. Desigur, nimeni nu interzice utilizarea bateriilor AA de tip eneloop, dar necesitatea de a le scoate pentru încărcare face uzitatea sub medie. Iar prețul unei perechi de kituri eneloop cu încărcător este destul de comparabil cu o baterie de marcă.
O, da, există un difuzor mare, puternic, care acum poate nu doar să scârțâie melodii retro din era celor 8 biți, ci și să redă sunete mai plăcute.
Acum să ne uităm la efectorii din setul de bază. Două dintre ele sunt motoare puternice asemănătoare celor deja folosite în NXT, dispozitive alungite care dezvoltă un cuplu serios datorită unui reducător intern.
In cazul in care motorul este blocat este prevazut un ambreiaj mecanic, care incepe sa alunece daca frecarea este mai mare decat cea calculata, deci este destul de greu sa arda motorul.
Există un senzor de unghi de rotație cu o rezoluție de un grad (motorul spune controlerului în ce unghi este rotită în prezent axa sa) și capacitatea de a sincroniza cu precizie rotația tuturor motoarelor conectate.
Al treilea, așa-numitul servomotor M (motor de dimensiune medie) produce de trei ori mai puțin cuplu, dar viteza sa de rotație este aproape de două ori mai mare.
În ceea ce privește senzorii, nu trebuie neapărat să te limitezi la cei oferiți de LEGO Education (deși sunt pe acoperiș pentru orice proiect educațional), o serie de companii terțe produc senzori compatibili și uneori destul de exotici. Codul sursă firmware și specificațiile hardware în întregime .
Software
Am vorbit mult despre hardware, dar, de fapt, nu este singurul lucru care determină eficacitatea orelor de robotică. Este prezența unui software cu adevărat intuitiv pe mai multe platforme (Mac, PC, dispozitive mobile) și face din LEGO MINDSTORMS Education EV3 platforma de alegere pentru învățare, în special între școala primară și gimnazială, pentru copiii de zece ani.
Ecran de întâmpinare a aplicației pe iPad
Vizualizarea algoritmilor în software-ul nativ LEGO MINDSTORMS Education EV3 este pur și simplu la cel mai înalt nivel - în doar câteva minute este suficient să stăpânești principalele tipuri de interacțiuni ale blocurilor logice (condiții de tranziție, buclă etc.) și apoi să crești treptat complexitatea programelor. Desigur, există proiecte educaționale gata făcute pentru zeci de modele diferite de roboți și, dacă doriți, puteți găsi mii de programe interesante în comunitățile online.
Exemplu de program într-o aplicație iPad
Utilizatorii avansați pot instala LabVIEW sau RobotC - „creierele” LEGO MINDSTORMS Education EV3 sunt pe deplin compatibile cu aceste pachete. Din păcate, nu va fi posibil să exportați proiecte vechi pentru NXT fără conversie suplimentară.
Din punct de vedere educațional, este de un interes mult mai mare . Vă permite să păstrați caiete electronice pentru elevi, datorită cărora profesorul poate evalua succesul unui anumit elev din versiunea sa a aplicației și poate monitoriza progresul acestuia. În plus, puteți folosi nu numai materialele educaționale disponibile la bordul software-ului (dintre care sunt multe), ci și să vă creați propriile materiale folosind editorul de conținut încorporat.
Videoclipuri tutoriale EV3 Content Editor
Versiunea desktop are, de asemenea, un utilitar de înregistrare a datelor cu capacitatea de a programa zone grafice în funcție de valorile pragului. Adică, acum un profesor poate demonstra cu ușurință funcționarea tehnologiilor moderne într-o casă inteligentă, de exemplu.
Microcomputerul EV3 va colecta date de la senzori în timp real și, în funcție de temperatura de fundal, va lansa unul sau altul program model. Când temperatura este ridicată, ventilatorul pornește, iar când temperatura este scăzută, încălzitorul pornește. Iar elevii vor putea să înregistreze și să analizeze date, finalizând modelul.
Înregistrarea datelor
Deschiderea firmware-ului „cărămidă inteligentă” și-a jucat deja rolul: există opțiuni alternative care acceptă cele mai populare limbaje de programare (zeci dintre ele). În general, utilizarea EV3 poate fi „atașată” oricărui proiect educațional legat de programare, deoarece puține lucruri sunt la fel de plăcute ca oportunitatea de a vedea munca propriilor algoritmi „în hardware”.
Mulți se așteaptă ca piatra de poticnire în această poveste să fie prețul. Într-adevăr, pentru setul de bază va trebui să plătiți 29 de ruble, plus alte 900 pentru încărcare. Cu toate acestea, această sumă include piese și electronice pentru munca confortabilă a doi studenți, precum și software de bază complet cu 2 de lecții gata făcute (care din ianuarie 500 este complet gratuit atât pentru persoane fizice, cât și pentru organizații). Desigur, echipamentele suplimentare și kiturile de misiune pot crește costul, dar în limitele rezonabile. Deci un kit pentru 48 studenți, inclusiv seturi de bază și de resurse LME EV2016, încărcătoare, software și , va costa 174 900. Destul de acceptabil pentru echiparea, de exemplu, a unui cerc la școală.
Da, este vizibil mai scump decât platformele simple asemănătoare Arduino. Dar oportunitățile, precum și nivelul de implicare, sunt mult mai mari. Curriculumul bazat pe EV3 poate fi planificat în siguranță pe tot parcursul liceului și nu numai. În plus, cu utilizarea adecvată a LEGO MINDSTORMS Education EV3, pur și simplu va „supraviețui” mai multor kituri simple datorită calităților mecanice, înlocuirii ușoare și disponibilității pieselor (în practica mea, doar un cablu RJ-12 a necesitat înlocuit în 10 ani- vechiul NXT).
Drept urmare, vedem un proiect aproape open-source susținut de o companie gigant cu toate bonusurile necesare într-o astfel de situație - un ciclu lung de viață, disponibilitatea pieselor de schimb și extensiilor, ghiduri oficiale și amatoare, o comunitate dezvoltată. Mindstorms a devenit aproape un standard în orele de robotică educațională occidentală pentru copii și ar fi foarte tare să-l vedem adoptat pe scară largă în Rusia.
Alegerea unei căi
Și acum la lucrul principal. Spre deosebire de seturile WeDo 2.0, EV3 se adresează liceului, și deci copiilor mai mari, pentru care problema alegerii unei viitoare profesii este mai serioasă.
Folosind EV3, fiecare elev va putea dezvălui mai activ abilitățile care i-au fost inerente prin natură, educație și procesul educațional.
Un matematician înnăscut va monitoriza îndeaproape telemetria senzorilor, cum este înregistrată exact distanța parcursă de robot, cum este înregistrată unghiul în care acesta se abate și așa mai departe.
Viitorul specialist IT, desigur, se va cufunda în programarea robotului, analizând algoritmii prin care acesta se mișcă. Și cu siguranță își va crea propriile sale, care nu sunt prevăzute de instrucțiunile standard.
Un copil pasionat de fizică va putea face experimente vizuale cu ajutorul unui robot; din fericire, seturile nu au probleme cu senzorii, la fel cum copilul nu are probleme cu imaginația.
În general, indiferent de interesele și subiectele preferate ale copilului tău la școală, învățarea cu seturile MINDSTORMS EV3 îi va permite să fie evidențiați mai clar și să se concentreze pe dezvoltarea lor în viitor.
In viata
În acest moment, soluțiile companiei sunt deja folosite de studenți pentru a crea proiecte interesante, atât în cadrul diferitelor competiții, cât și pentru dezvoltare generală. Presa a scris despre un număr dintre ele anul acesta.
Școlarii din Astrahan, Ruslan Kazimov și Mikhail Gladyshev, cu sediul la parcul tehnologic regional, au dezvoltat un simulator robot pentru reabilitarea articulațiilor mâinilor.
foto - rg.ru
Elevii de clasa a VIII-a au petrecut puțin mai puțin de două luni pentru a dezvolta simulatorul. Ei și-au prezentat proiectul la etapa regională a competiției a IX-a a întregului rus de proiecte științifice și inovatoare din Districtul Federal de Sud, unde au ocupat locul al doilea. În viitor, intenționează să creeze un prototip industrial - deocamdată, dezvoltatorii oferă doar un prototip realizat din setul robotic educațional LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Dispozitivul dublează mișcările efectuate de medic - articulațiile încep să funcționeze, restabilind astfel mobilitatea nu numai a acestora, ci și a grupurilor musculare. În timp ce dispozitivele sunt conectate prin Bluetooth, în viitor vor comunica prin Internet sau Wi-Fi.
Există analogi ale unui astfel de dispozitiv pe piață, dar dispozitivul Astrakhan poate funcționa simultan cu articulațiile umărului, încheieturii mâinii și cotului. În plus, este portabil și funcționează cu baterie. Există și posibilitatea telecomenzii, adică pacientul se poate antrena fără a pleca de acasă.
La Olimpiada Mondială de Robotică 2015 (WRO 2015), echipa rusă DRL din Sankt Petersburg a primit un premiu special pentru creativitate de la LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Echipa DRL din Rusia a prezentat proiectul CaveBot. Băieții din Sankt Petersburg, sub îndrumarea antrenorului Serghei Filippov, au creat un explorator robot unic pentru a descoperi zone neexplorate din peșteri. Dezvoltarea acoperă diverse domenii științifice, deoarece robotul unic face posibilă îndeplinirea sarcinilor de complexitate diferită.
Echipa a construit un robot de cățărare echipat cu diverși senzori pentru a detecta obiecte pentru explorare ulterioară. Datele rezultate pot fi transformate în modele 3D pe un computer.
Și Shubham Banerjee, în vârstă de 13 ani, a creat Braille realizat din piese LEGO pentru un proiect științific școlar. Mai târziu, cu participarea familiei sale, a fost creat un startup pentru a lansa invenția, care a primit sprijin financiar de la corporația de tehnologie Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideea de a crea o imprimantă a venit la Shubham după ce a cercetat Braille pe internet. Realizând că imprimantele tactile costă 2,000 USD și mai mult, studentul a decis să facă o versiune mai ieftină.
La scurt timp după invenție, copiii orbi și părinții lor au început să contacteze Shubham cu o singură solicitare - să facă o imprimantă Braille ieftină, promițând că „o cumpără imediat de la raft”.
După cum puteți vedea, utilizarea MINDSTORMS Education EV3 în procesul de învățare permite elevilor să-și folosească imaginația la maximum, creând tot mai multe mecanisme noi care nu numai că ajută la realizarea ideilor sau la efectuarea vizuală a oricăror experimente, ci și încep să decidă asupra viitoarea lor profesie.
Dacă aveți întrebări despre utilizarea acestor soluții în procesul educațional (sau despre produsele în sine), scrieți-le în comentarii.
Sursa: www.habr.com