slika – roboconstructor.ru
Znana prispodoba pravi, da ko se je mlada mati z otrokom v naročju obrnila k modrecu in ga vprašala, pri kateri starosti naj začne vzgajati svoje potomce, je starec odgovoril, da zamuja toliko let, kolikor je otrok že star. . Precej podobna je situacija pri izbiri prihodnjega poklica. Od dojenčka je težko zahtevati zavedanje o svojih nagnjenjih in interesih, toda že v srednji šoli se začnejo vse vrste specializacij in v tem času bi bilo lepo že vedeti, v katero smer se premakniti odrasel otrok. Toda ena stvar, ki jo že skoraj zagotovo vemo, je, da bo v naslednjih desetletjih od 30 do 80 % poklicev popolnoma avtomatiziranih.
Robotika, kibernetika in razumevanje algoritmov so nabor veščin, s katerimi se človek najverjetneje ne bo soočil s tako nejasnimi obeti. Seveda se bo najverjetneje vzporedno z nadomeščanjem delovne sile z roboti razvijal tudi koncept brezpogojnega temeljnega dohodka, vendar je malo verjetno, da si želite takšne prihodnosti za svojega otroka.
Zdaj obstaja veliko načinov, kako mlademu in zainteresiranemu občinstvu hitro pokazati osnove programiranja in robotike. Vsi so poceni, preprosti za učenje in v nekaj urah zagotavljajo razumevanje osnov algoritmov in konceptov kibernetskih naprav. Toda v učilnicah je zlahka naleteti na slabosti teh platform – omejeno odpornost proti obrabi (in priznajmo si, tudi »odpornost na idiote«) testnih plošč, programske vmesnike, ki niso zelo prijazni za otroke, stare od 11 do 12 let, in razmeroma majhen element "igre".
Z vsemi temi pomanjkljivostmi se že več kot dvajset let ubada najbolj znan proizvajalec izobraževalnih kompletov LEGO Education. Govorimo seveda o platformi MINDSTORMS Education EV3. Od Mindstorms RCX, proizvedenega v zgodnjih 90-ih, do najsodobnejšega kompleksa MINDSTORMS Education EV3, princip oblikovanja platforme ostaja enak. Temelji na »inteligentni opeki«, mikroračunalniku z zaslonom in I/O vrati, na katere so povezane vse ostale komponente. Kot v vsakem robotskem sistemu so periferne naprave razdeljene na senzorje in efektorje. S pomočjo senzorjev robot zaznava svet okoli sebe in zahvaljujoč efektorjem se nanj odziva v skladu s programiranim programom. Komponente platforme so povezane s preprostimi kabli brez spajkanja, mehanske strukture pa so omejene le s trdnostjo plastičnih delov in domišljijo oblikovalcev.
Razmislili smo o možnostih takšnih rešitev na splošno, zdaj pa se želimo podrobneje posvetiti LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 je združljiv z deli Lego Technic. To pomeni, da je platformo mogoče uporabiti za ustvarjanje najrazličnejših in celo neverjetnih modelov, od preprostih "avtomobilov" in "robotskih rok" do zapletenih tekočih trakov ali celo "reševalnikov Rubikove kocke". Skoraj vsak komplet Lego Technic je mogoče uporabiti kot vir delov za projekte in ne bo težav z zamenjavo poškodovanih rezervnih delov. Da, ne izgledajo tako brutalno kot stari sovjetski aluminijasti konstrukcijski kompleti, vendar se v praksi izkažejo za celo močnejše od kovinskih izdelkov. Vsaj v moji zbirki, ki je nastala leta 1993, še niso odkrili niti enega pokvarjenega dela.
Osnovni izobraževalni komplet MINDSTORMS Education EV3 vsebuje 541 kosov Lego Technic. Kupiti ga je mogoče kot specializiran komplet sredstev, kot je (ali starejši 9648, izdelan za NXT), ali pa samo konstruktor velikega tipa (2800 delov) oz (skoraj 4000 delov), in ko se dovolj igrate z glavnim modelom, ga uporabite kot "opeke" za kibernetične poskuse. V smislu enega kosa je Lego tukaj zelo pred drugimi kompleti - le 3-5 rubljev na kos.
No, če ima nekdo staro zbirko, ki vključuje več deset tisoč delov, potem vam sploh ne bo treba skrbeti za vire.
Posnetek zaslona iz storitve Brickset (interaktivna zbirka podatkov za lastnike kompletov za gradnjo Lego, ki vam omogoča zbiranje različnih statističnih podatkov) avtorja
Vendar to velja le za »pasivne« elemente, kot so nosilci, kolesa ali povezovalni zatiči. Senzorji in efektorji so seveda precej dražji, vendar jih je v osnovnem kompletu več kot dovolj. Mindstorms EV3 je opremljen s tremi motorji (dva večja in močnejša ter en kompakten servo), parom senzorjev za dotik (nekakšne "pametne" tipke), ultrazvočnimi, giroskopskimi in barvnimi senzorji (lahko deluje tudi v načinu svetlobnega senzorja) . Poleg tega je ohranjena združljivost s senzorji iz prejšnje generacije robotov Lego Education, Mindstorms NXT (to vključuje na primer senzor ravni hrupa).
Toda vrnimo se k »pametni opeki«, srcu sistema. To je res precej težka in obsežna "opeka", opremljena z enobarvnim LCD zaslonom 178x128 (na njem ni prikazan samo meni, temveč tudi vse vrste slik po meri med delovanjem) s spremenljivo barvo osvetlitve ozadja. Z žicami s standardnim priključkom RJ-12 so nanj povezani senzorji in efektorji (do štiri naprave vsake vrste), obstaja reža za microSDHC in vrata USB.
Slednje lahko uporabite tako za prenos samih programov kot za posodobitev vdelane programske opreme. Vendar pa mikrokrmilnik ni prikrajšan za brezžične vmesnike, po želji lahko prenašate programe prek Wi-Fi (zahteva zunanji modul) ali Bluetooth (vgrajen). Tudi če sestavljamo daljinsko vodenega robota, ga lahko »krmarimo« s pomočjo brezžične komunikacije s pametnega telefona ali tablice.
Znotraj »pametne opeke« živi 300 MHz procesor ARM, 16 megabajtov trajnega pomnilnika (in zato je kartica uporabna) in 64 megabajtov RAM-a. Ne glede na to, kako skromne so te številke, je moči več kot dovolj za izvajanje tudi najobsežnejših algoritmov, ki jih lahko napišete vi, še bolj pa otrok v procesu učenja. In če ga primerjate z 48 MHz procesorjem prejšnje generacije NXT, ki je pred kratkim dopolnil deset let, je napredek precej opazen. Vendar pa ni mogoče reči, da NXT opazno upočasni proces reševanja tipičnih težav.
Poleg tega se je pojavil še četrti priključek za motorje, kar je samo po sebi precejšnja razširitev funkcionalnosti, ki upravičuje nadgradnjo.
Vrata USB zdaj podpirajo gostiteljski način, kar vam omogoča ne samo povezavo Wi-Fi adapterja, temveč tudi povezavo več blokov EV3 v enega kompleksnega robota. Res je, da raven nalog postane popolnoma "ne otročja".
Končno ima MINDSTORMS Education EV3 zdaj podporo za baterije. Namesto šestih AA baterij lahko namestite priloženo litij-ionsko baterijo za dve amperski uri in pol. Seveda nihče ne prepoveduje uporabe baterij tipa eneloop AA, vendar je zaradi potrebe po odstranitvi za polnjenje uporabnost podpovprečna. In cena para kompletov eneloop s polnilnikom je povsem primerljiva z baterijo blagovne znamke.
O ja, tu je velik, glasen zvočnik, ki zdaj ne more samo cviliti retro melodij iz 8-bitne dobe, ampak tudi predvajati prijetnejše zvoke.
Zdaj pa si poglejmo efektorje iz osnovnega nabora. Dva od njih sta močna motorja, podobna tistim, ki se že uporabljajo v NXT, podolgovati napravi, ki razvijeta resen navor zahvaljujoč notranjemu reduktorju.
V primeru, da je motor blokiran, je predvidena mehanska sklopka, ki začne drseti, če je trenje večje od izračunanega, zato je motor precej težko zažgati.
Na voljo je senzor kota vrtenja z ločljivostjo ene stopinje (motor sporoča krmilniku, za kakšen kot je trenutno zasukana njegova os) in možnost natančne sinhronizacije vrtenja vseh priključenih motorjev.
Tretji, tako imenovani M-servo pogon (srednje velik motor) proizvede trikrat manj navora, vendar je njegova hitrost vrtenja skoraj dvakrat večja.
Kar zadeva senzorje, se vam res ni treba omejiti na tiste, ki jih ponuja LEGO Education (čeprav so za vsak izobraževalni projekt skoznji), številna podjetja tretjih oseb proizvajajo združljive in včasih precej eksotične senzorje. Izvorna koda vdelane programske opreme in specifikacije strojne opreme v celoti .
Программное обеспечение
Veliko smo govorili o strojni opremi, a dejansko ni edina stvar, ki določa učinkovitost pouka robotike. To je prisotnost resnično intuitivne programske opreme na več platformah (Mac, PC, mobilne naprave) in naredi LEGO MINDSTORMS Education EV3 platformo izbire za učenje, zlasti med osnovno in srednjo šolo, za otroke, stare deset let.
Pozdravni zaslon aplikacije na iPadu
Vizualizacija algoritmov v domači programski opremi LEGO MINDSTORMS Education EV3 je preprosto na najvišji ravni - v samo nekaj minutah je dovolj, da obvladate glavne vrste interakcije logičnih blokov (pogoji prehoda, zanke itd.) In nato postopoma povečujete kompleksnost programov. Seveda obstajajo že pripravljeni izobraževalni projekti za več deset različnih modelov robotov, in če želite, lahko najdete na tisoče zanimivih programov v spletnih skupnostih.
Primer programa v aplikaciji za iPad
Napredni uporabniki lahko namestijo LabVIEW ali RobotC - "možgani" LEGO MINDSTORMS Education EV3 so popolnoma združljivi s temi paketi. Na žalost ne bo mogoče izvoziti starih projektov za NXT brez dodatne pretvorbe.
Z izobraževalnega vidika je veliko večji interes . Omogoča vodenje elektronskih zvezkov za učence, zahvaljujoč katerim lahko učitelj iz svoje različice aplikacije oceni uspeh določenega učenca in spremlja njegov napredek. Poleg tega lahko uporabite ne samo izobraževalna gradiva, ki so na voljo v programski opremi (ki jih je veliko), ampak tudi ustvarite svoje z vgrajenim urejevalnikom vsebine.
Vadnice urejevalnika vsebine EV3
Namizna različica ima tudi pripomoček za snemanje podatkov z možnostjo programiranja območij grafa glede na mejne vrednosti. Se pravi, zdaj lahko učitelj brez težav demonstrira delovanje sodobnih tehnologij na primer v okviru pametnega doma.
Mikroračunalnik EV3 bo zbiral podatke iz senzorjev v realnem času in glede na temperaturno ozadje zagnal enega ali drugega programa modela. Ko je temperatura visoka, se vklopi ventilator, ko je temperatura nizka, pa grelec. Študentje bodo lahko snemali in analizirali podatke ter dokončali model.
Beleženje podatkov
Odprtost vdelane programske opreme "pametne opeke" je že odigrala svojo vlogo: obstajajo alternativne možnosti, ki podpirajo večino priljubljenih programskih jezikov (na desetine njih). Na splošno lahko uporabo EV3 "priložimo" kateremu koli izobraževalnemu projektu, povezanemu s programiranjem, saj je malo stvari tako prijetnih kot možnost videti delo lastnih algoritmov "v strojni opremi".
Mnogi pričakujejo, da bo kamen spotike v tej zgodbi morda cena. Dejansko boste za osnovni komplet morali plačati 29 rubljev in še 900 za polnjenje. Vendar ta znesek vključuje dele in elektroniko za udobno delo dveh učencev, pa tudi popolno osnovno programsko opremo z 2 že pripravljenimi lekcijami (ki je od januarja 500 popolnoma brezplačna za posameznike in organizacije). Seveda lahko dodatna oprema in kompleti za naloge povečajo stroške, vendar v okviru razumnega. Torej komplet za 48 študentov, vključno z osnovnimi in viri LME EV2016, polnilniki, programsko opremo in , bo stalo 174 900. Precej sprejemljivo za opremljanje, na primer, krožka v šoli.
Da, opazno je dražji od preprostih platform, podobnih Arduinu. Toda priložnosti, pa tudi stopnja vključenosti, so veliko višje. Kurikulum, ki temelji na EV3, je mogoče varno načrtovati v srednji šoli in naprej. Poleg tega bo z ustrezno uporabo LEGO MINDSTORMS Education EV3 preprosto "preživel" več preprostih kompletov zaradi mehanskih lastnosti, enostavne zamenljivosti in razpoložljivosti delov (v moji praksi je bilo treba v 12-letnem obdobju zamenjati le en kabel RJ-10). stari NXT).
Kot rezultat vidimo skoraj odprtokodni projekt, ki ga podpira velikansko podjetje z vsemi bonusi, ki jih zahteva takšna situacija - dolg življenjski cikel, razpoložljivost rezervnih delov in razširitev, uradni in amaterski vodniki, razvita skupnost. Mindstorms je postal skoraj standard v zahodnih izobraževalnih urah robotike za otroke in res bi bilo super, če bi ga na široko sprejeli v Rusiji.
Izbira poti
In zdaj k glavnemu. Za razliko od kompletov WeDo 2.0 je EV3 namenjen srednji šoli, torej starejšim otrokom, za katere je vprašanje izbire bodočega poklica resnejše.
Z uporabo EV3 bo vsak študent lahko bolj aktivno razkril sposobnosti, ki so mu bile lastne po naravi, vzgoji in izobraževalnem procesu.
Rojeni matematik bo pozorno spremljal telemetrijo senzorjev, kako natančno se beleži prepotovana razdalja robota, kako se beleži kot, za katerega odstopa ipd.
Bodoči IT strokovnjak se bo seveda poglobil v programiranje robota in analiziral algoritme, po katerih se premika. In zagotovo bo ustvaril svoje, ki ga standardna navodila ne predvidevajo.
Otrok, ki ga navdušuje fizika, bo lahko izvajal vizualne poskuse s pomočjo robota, na srečo kompleti nimajo težav s senzorji, tako kot otrok nima težav z domišljijo.
Na splošno, ne glede na zanimanja in najljubše predmete vašega otroka v šoli, bo učenje s kompleti MINDSTORMS EV3 otroku omogočilo, da bo bolj jasno poudarjen in osredotočen na njegov razvoj v prihodnosti.
V življenju
Trenutno rešitve podjetja študenti že uporabljajo za ustvarjanje zanimivih projektov, tako v okviru različnih tekmovanj kot za splošni razvoj. Mediji so letos pisali o številnih izmed njih.
Astrahanska šolarja Ruslan Kazimov in Mikhail Gladyshev iz regionalnega tehnološkega parka sta razvila robotski simulator za rehabilitacijo sklepov rok.
fotografija - rg.ru
Osmošolci so simulator razvijali malo manj kot dva meseca. Svoj projekt so predstavili na regionalni stopnji IX vseruskega tekmovanja znanstvenih in inovativnih projektov v Južnem zveznem okrožju, kjer so zasedli drugo mesto. V prihodnosti načrtujejo izdelavo industrijskega prototipa – razvijalci zaenkrat ponujajo le prototip, izdelan iz izobraževalnega robotskega kompleta LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Naprava podvaja gibe, ki jih izvaja zdravnik - sklepi začnejo delovati, s čimer se obnovi gibljivost ne le njih, temveč tudi mišičnih skupin. Medtem ko so naprave povezane prek Bluetootha, bodo v prihodnosti komunicirale prek interneta ali Wi-Fi.
Na trgu obstajajo analogi takšne naprave, vendar lahko naprava Astrakhan deluje hkrati z ramenskimi, zapestnimi in komolčnimi sklepi. Poleg tega je prenosen in deluje na baterije. Obstaja tudi možnost daljinskega upravljanja, to pomeni, da lahko pacient trenira, ne da bi zapustil dom.
Na Svetovni robotski olimpijadi 2015 (WRO 2015) je ruska ekipa DRL iz Sankt Peterburga prejela posebno nagrado za kreativnost LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Ruska ekipa DRL je predstavila projekt CaveBot. Fantje iz Sankt Peterburga so pod vodstvom trenerja Sergeja Filippova ustvarili edinstvenega robotskega raziskovalca za odkrivanje neraziskanih področij v jamah. Razvoj pokriva različna znanstvena področja, saj edinstveni robot omogoča opravljanje nalog različnih zahtevnosti.
Ekipa je zgradila plezalnega robota, opremljenega z različnimi senzorji za zaznavanje predmetov za nadaljnje raziskovanje. Dobljene podatke je mogoče na računalniku spremeniti v 3D modele.
In 13-letni Shubham Banerjee je ustvaril Braillova pisava, narejena iz kosov LEGO za šolski naravoslovni projekt. Kasneje je s sodelovanjem njegove družine nastal startup za lansiranje izuma, ki ga je finančno podprla tehnološka korporacija Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Zamisel o izdelavi tiskalnika se je Shubhamu porodila po raziskovanju Braillove pisave na internetu. Ko je študent ugotovil, da tiskalniki za tipkanje na dotik stanejo 2,000 $ in več, se je odločil narediti cenejšo različico.
Kmalu po izumu so se slepi otroci in njihovi starši začeli obračati na Shubhama z eno samo prošnjo – za izdelavo poceni Braillovega tiskalnika, z obljubo, da ga bodo "kupili kar s police".
Kot lahko vidite, uporaba MINDSTORMS Education EV3 v učnem procesu omogoča študentom, da maksimalno uporabijo svojo domišljijo, ustvarjajo vedno več novih mehanizmov, ki ne le pomagajo uresničevati ideje ali vizualno izvajati kakršne koli eksperimente, ampak se tudi začnejo odločati o njihov bodoči poklic.
Če imate vprašanja o uporabi teh rešitev v izobraževalnem procesu (ali o samih izdelkih), jih napišite v komentarje.
Vir: www.habr.com