Добрый день, уважаемые жители Хабра!
Сейчас лето, пора отпусков и время отдыха на пляже, но мы
1. Введение (оно же историческая справка).
26.06.1999 года Первый Президент Республики Саха (Якутия) Михаил Ефимович Николаев издал указ об организации физико-математического Форума «Ленский край» в селе Октемцы Хангаласского улуса (района – прим.), основной миссией которого являлось формирование квалифицированных и конкурентно-способных научных и технических кадров, готовых в своей профессиональной деятельности защищать интересы и обеспечить устойчивое развитие Арктики. С тех пор вот уже 15 лет Форум ведет круглогодичную работу, собирая под своей крышей учащихся, студентов, учителей, научных работников со всех концов республики и многих других регионов страны (в том числе даже и из Москвы). Первоначально Форум был организован в деревянном здании, больше напоминающем обычную сельскую школу, чем форум республиканского значения. Однако, спустя довольно короткий срок (3 года) были отстроены современные жилой и учебный корпуса. В настоящее время Форум располагается на обустроенной территории, включающей в себя жилой комплекс, в котором проживают участники форума, двухэтажный учебный корпус с лекционными классами и лабораториями, оснащенными современным оборудованием, а так же музей Первого Президента Республики Саха – М.Е.Николаева.
Вид на учебный корпус
Режим работы Форума – круглогодичный. Зимой и летом – школы для одаренных детей, длящиеся, в среднем, пару недель. Все остальное время – проведение различных олимпиад, научно-технических соревнований, а так же стажировок как для школьников и студентов, так и для учителей со всей республики. В качестве преподавательского состава выступают приглашенные из лучших ВУЗов нашей страны специалисты по различным направлениям. Основными направлениями, в которых работает Форум является физика, математика, химия, информатика и робототехника. В рамках этих направлений школьники проходят курсы углубленного изучения физики и математики, осваивают методику проведения цифровых измерений, собирают роботов и даже запускают собственные спутники. Участники данного форума зачастую становятся победителями и призерами в различных физико-математических олимпиадах, а так же соревнований по робототехнике как всероссийского, так и международного масштабов. Данный Форум является гордостью республики Саха и основным научно-образовательным центром республиканского значения.
2. Кто такие «Мы» и как мы оказались в числе приглашенных.
Мы – выпускники и сотрудники МГТУ им. Н.Э. Баумана с факультета «Робототехника и комплексная автоматизация», а конкретно кафедр РК9 и, в уже расформированной и объединенной с другой кафедрой, РК10. Всего нас было трое – два инженера-разработчика и наш руководитель – организатор. В настоящее время мы являемся сотрудниками различных организаций (в том числе и МГТУ им. Н.Э.Баумана), но всех нас объединяет любовь к робототехнике и конструированию всяких интересных штук. Именно по этой причине мы часто занимаемся реализацией различных нетривиальных проектов, а так же делимся своими знаниями и умениями со школьниками и приглашение посетить летнюю физико-математическую школу мы приняли с радостью не только потому что нам придется работать не только в новом для нас формате, а так же и потому что для нас, разбалованных и осевших в урбанизированной Москве, поездка в Якутию обещала быть очень экзотической. И экзотика не заставила себя долго ждать.
3. Здесь это вам не тут!
Пройдя сквозь все пункты мучений в «Шереметьево» мы наконец-то увидели то, что должно стать нашей точкой опоры на ближайшие шесть с половиной часов. Количество людей, поднимающихся по трапу никак не коррелировало с размерами железной «птицы». Однако – подумал я. И не ошибся. Насладившись сполна ощущениями типа «селедка в банке» через 6000 километров мы все-таки успешно приземлились. Пока нас везли в расположение Форума нам удалось немного посмотреть на Якутск. Сразу же в глаза бросается контраст: современные спальные районы перемежаются частными секторами с покосившимися домами и мирно пасущимися рядом с ними коровами. Куда не посмотришь – везде идет стройка. Строятся дома, магазины, офисные здания. Таких темпов строительства я не видел нигде. Ну и видимо поэтому одними из часто встречающихся на дороге машин – грузовики типа «Камаз». Остальные 2 наибольшие части – наши легендарные вездеходы — УАЗики (буханки) и преимущественно праворукие «тойоты». Однако. Дороги, которые мы видели, заслуживают отдельного внимания. Настолько разбитых дорог я не видел даже в провинциях. Иногда на этих дорогах даже встречался асфальт. Но даже такие трудности нас не остановили, и, прочувствовав все свои внутренности и отбив отбивное место, мы все-таки добрались до места назначения и рухнули спать чтобы к вечеру быть бодрыми и веселыми. Наивные московские ребята. Несмотря на то, что морально мы смирились с разницей в 6 часов с привычным часовым поясом, наши организмы упорно не хотели смиряться и в итоге мы насладились всеми прелестями последствий акклиматизации. Смеркалось…
4. Рабочее время – от рассвета до рассвета.
В среднем, официально время на чтение лекций и на проведение практических занятий со школьниками составляло 3.5 – 5 часов в день, однако, кто ж устоит против того чтобы в свободное время не повозиться с робототехническими наборами? Поэтому все имеющееся у нас время кроме сна (6-7 часов) и обеда (война-войной, а обед по расписанию) мы проводили в расположении учебного корпуса, занимаясь, помимо подготовкой к занятиям – более детальным изучением наборов и мастерением из них всяких прикольных штук. В целом, привыкший к ночным бдениям организм не сильно сопротивлялся такому режиму, но была одна большая проблема, которую мы по своей неопытности не предусмотрели – это белые ночи… И с этим пришлось мириться… Но мы не жалели – где еще в наше распоряжение одновременно поступит большое количество робототехнических наборов начиная от уже набившим всем оскомину LEGO заканчивая такой экзотикой как DaNI? А помимо этого были еще Bioloid Premium и Bioloid Stem, «железный» VEX и VEXiQ… И ведь они были далеко не в единственном экземпляре… Такого уровня технического оснащения я не видел больше нигде. Даже в Москве наличием хотя бы нескольких робототехнических наборов подобного уровня могут похвастаться лишь единицы. А ведь помимо робототехники здесь еще занимаются физикой и химией – это полноценные лаборатории цифровых измерений, оборудованных лабораторными измерительными станциями LabQuest с большим набором датчиков Vernier. Здесь очень серьезно подходят к вопросу образования подрастающего поколения.
5. Рабочий процесс – взгляд изнутри.
Всего в летней школе обучалось 100 школьников с 5го по 11й класс. Прежде чем попасть сюда они прошли серьезный отбор в своих школах, поэтому уровень у всех ребят был примерно одинаково высокий, но интересы и навыки, естественно, различались. В начале работы школы были проведены обзорные лекции руководителями всех доступных направлений и ребята могли выбирать где заниматься своей проектной деятельностью. Защита собственного проекта являлась основным условием обучения в этой школе, и поэтому школьникам были предоставлены все возможности для собственного творчества. Помимо основных направлений – физики и математики школьники выбирали из робототехники (LEGO, DaNI, VEX и Bioloid), прикладной физики, 3D – моделирования, графики и английского языка. Отдельно хотелось бы отметить направление CanSat – нам довелось познакомиться, а школьниками – поучиться у призеров российского чемпионата по CanSat – якутской команды «Чолбон». Вернемся же к нашему направлению. Во второй день работы школы мы прочитали перед всей аудиторией лекции по основам прототипирования робототехнических систем, а также рассказали про каждое доступное направление в рамках робототехники. В результате в сумме на робототехнику записалось 43 человека, из них на VEX записалось 18 человек, на Bioloid 9 человек, а остальные на LEGO – преимущественно все кто 7й класс и младше, а так же те, кто уже давно занимался именно LEGO и участвовал в чемпионатах. Неплохие показатели. По остальным направлениям по имеющимся у меня данным диспозиция была следующая – из 23 человек на прикладную физику записалось 5 человек, на CanSat – 7 человек, а остальные на 3D моделирование. Оставшиеся ребята распределились между математикой, графикой и английским языком (преимущественно младшеклассники). Я отвечал за направление Bioloid и поэтому далее буду преимущественно опираться на показатели своей группы. Из девяти человек у меня оказались один семиклассник (впоследствии оказавшийся очень толковым в программировании) четверо девятиклассников и четверо десятиклассников. В целом – неплохо.
Экзотика от National Instruments — робототехнический набор DaNI. Отличительная особенность — наличие на борту контроллера реального времени.
Процесс обучения строился следующим образом – с 9.30 до 11.00 лекция для всех кто выбрал робототехнику. С 11.00 до 11.30 перерыв, а затем до 13.00 продолжение лекции. Преимущественно лекции были посвящены истории робототехнике, текущему ее состоянию, а под конец были разобраны и решены несколько кинематических задач, что несомненно, было очень полезно, для тех, кто разрабатывал роботов с манипуляторами. После обеда – с 14.30 до 18.00 начиналась проектная работа – ребята расходились по своим аудиториям и занимались каждый своими роботами. Поскольку времени у нас было на реализацию проекта всего несколько дней, то ребята объединялись в группы по 3-4 человека, но были и такие кто выполнял свои проекты в одиночку.
5.1 Группа «Bioloid»
Мне с моей группой первоначально повезло не сильно – из присутствующих только у одного школьника был опыт сборки гуманоидного робота из набора Bioloid Premium. С программированием дело не имел никто. Это было очень грустно и пичально, поэтому пришлось потратить 2 дня на объяснение основ – как выполнять сборку Bioloid’ов и как их программировать в среде RoboPlus Task (я выбрал стандартную среду программирования, т.к. времени на обучению программированию на С у нас просто не было). Так же у меня был ученик, выбравший проект по разработке модели управлению Bioloid’ом по ZigBee с использованием LabView, поэтому пришлось провести дополнительную лекцию по основам разработки в LabView. В своей группе я требовал в обязательном порядке реализацию своих идей и сборку макетов, которых нет в методических указаниях к конструкторам. Сначала мне даже показалось, что ничего серьезного сделать нам не получится, но я сильно ошибался. На третий день ребята прочувствовали тематику, предложили свои идеи, и работа закипела. За 4 дня им не только удалось собрать макет своего робота, а так же разработать 3D модель своего макета в среде R+Design, написать программу в среде RoboPlus Task, провести испытания макета, доработать его, сделать презентацию и защитить свой проект перед всем форумом. Ими была проделана громадная работа. В моей группе ребята были разбиты на 3 группы (4+4+1) и, соответственно, готовили 3 проекта:
1. Сервисный домашний робот с системой звукового управления.
2. Автономный манипулятор на подвижном шасси.
3. Робот-исследователь с дистанционным управлением по каналу ZigBee.
Результаты, на мой взгляд – потрясающие:
1. Сервисный домашний робот с системой звукового управления.
Робот реагирует на звук и в зависимости от полученной команды перемещается по территории и приносит требуемый предмет. (Связка из 5ти батареек используется для балансировки робота). В конструкцию входит 8 сервоприводов dynamixel ax12a.
2. Автономный манипулятор на подвижном шасси.
Робот выполняет сложные движения при переносе предметов, умеет наливать газировку в стакан, а так же открывать коробку, которая находится сзади него и складывать туда вещи. В конструкцию входит 12 сервоприводов dynamixel ax12a. (Фото на картинке несколько отличается от конечной версии)
3. Робот-исследователь с дистанционным управлением по каналу ZigBee.
Сам макет очень простой – обычная машинка на двух сервоприводах dynamixel ax12w, но основной «фишкой» является обмен данными с ПК по двум радиоканалам – ZigBee и WiFi. Программа, разработанная на LabView позволяет управлять роботом путем указания точки назначения. Робот сам определяет маршрут, после чего перемещается, параллельно передавая видео картинку по Wi-Fi. В качестве камеры выступало подручное средство – iPhone 5.
5.2 Группа «VEX»
В группу, занимающейся с конструкторами VEX и VEXiQ, записались преимущественно старшеклассники 9й – 11й класс. Оно и понятно – для работы с наборами соревновательного уровня требуется не только желание, а еще умение программировать (для программирования VEXов использовалась среда RobotC) и собирать сложные макеты роботов. Так же хотелось отметить то что многие ребята пришли уже со своими проектами, которые они развивали и дорабатывали в рамках школы. По сравнению с группой «Bioloid» в этой группе начальный уровень подготовки ребят был выше, что вылилось в лучшее качество и большее количество реализованных проектов.
5.3 Группа «LEGO»
Условно эту группу мы назвали «LEGO», но на самом деле в этой группе занимались не только конструкторами LEGO, а еще и DaNI.
По возрасту эта группа оказалась самая младшая – самые юные участники закончили только 4й класс (на фото группа не в полном составе). Но несмотря на юный возраст, ребята оригинальностью и сложностью своих макетов без особого напряга «давали прикурить» своим товарищам из групп «VEX» и «Bioloid».
5.4 Группа «Прикладная физика»
В рамках работы этой группы были выполнены оригинальные проекты, такие как «Динамо-дверь как альтернативный источник электроэнергии», «Компактная подводная турбина», «Тепловой насос в условиях севера» и т.п. Своими проектами в этой группе ребята не только продемонстрировали свои навыки и умения в области решения сложных задач, а также показали высокую осведомленность об актуальности выполняемых работ, преимущественно по отношению к своему региону. На мой взгляд, эту группу от групп занимающихся робототехникой отличали не только глубокая степень проработки материала (у многих в презентациях было выполнено приличного уровня исследование для обоснования актуальности работы), но и оригинальность предложенных конструкций.
5.5 Группа «3D моделирование»
Данная группа была самая малочисленная, но это никак не отразилось на показанных результатах. В процессе работы ребята познакомились со средой Компас-3D, и в итоге смогли полностью смоделировать спутник CanSat, разработкой которого занималась параллельно другая группа.
5.6. Группа «Инновационных предложений»
Формально у нас не было такой группы, но я в нее решил выделить остальные проекты, которые тяжело подвести под одну из имеющихся групп, но отличающихся оригинальностью и актуальностью. В рамках работы этой группы ребята выполнили такие проекты как «Новый облик села», предложив варианты благоустройства своих родных мест, а так же «Интерактивная карта промышленных мест Якутии», собрав в одно приложение сведения о всех имеющихся в регионе промышленных предприятиях и представив все это в виде карты.
6. И чем же все закончилось?
По завершении работы школы был проведен 2х дневный марофон по презентации своих проектов. В первый день была организована конференция — ребята презентовали свои проекты перед аудиторий и жюри, которое оценивало не только актуальность поставленной работы и решенные задачи в процессе работы, но так же качество презентации и умение защищать свои проекты. Большинство групп представлял только один участник, но были и такие, которые разбивали свое выступление и давали возможность высказаться всем участникам. С учетом того, что время выступления было лимитировано, вариант «дать сказать каждому» был не всегда удачен.
На второй день была организована выставка рабочих макетов, созданных в процессе работы над проектом. Расположившись на двух этажах учебного корпуса ребята показывали результаты своей работы всем желающим и жюри. Оценивалось на выставке сложность, оригинальность и надежность конструкции. Так же обращалось внимание на сам процесс проведения демонстрации. Места распределялись следующим образом – в двух номинациях: робототехника и физика (все что не вошло в направление робототехника) отдельно оценивалась конференция и выставка. Отдельной графой в этих двух номинациях был выбор зрителей – все желающие могли проголосовать за понравившейся проект в рамках выставки.
CanSat'чики
Транспортный манипуляционный робот с дистанционным управлением
Исследовательская платформа «Амфибия» и Колесный робот-исследователь.
Гусеничный робот-разведчик
Внутрицеховой транспортный робот
Робот-сапер и Робот-сортировщик мусора
Команда самых юных участников с целым парком роботов под названием «Сам себе режиссер. Сенокос. Восстание машин»
После выставки было проведено награждение победителей и торжественное закрытие школы.
7. Заключение
Несмотря на непростой график, довольно жесткий Real-Time и прочие трудности, с которыми мы столкнулись нам удалось организовать и довести до результата большое количество проектов. Опыт, полученный в результате этой работы важен как и для нас – преподавателей, так и для ребят, которые в скором времени будут поступать в ВУЗы и заниматься уже своей научной деятельностью. Вспоминая свои школьные годы, хочется погрустить лишь об одном – почему у нас не было таких возможностей. Надеемся, что наша работа не прошла зря – и многие ребята продолжат заниматься своими проектами и дальше, и может быть мы еще не раз с ними встретимся. Отдельно хочется поблагодарить организаторов Форума за их самоотверженную работу и пожелать им успехов в их деятельности. Ну а нам остается лишь одно – вернуться в Москву и начать морально готовиться к следующей школе, которая, надеюсь, обязательно состоится!
