Для развития робототехники в России нужны специалисты, которых следует готовить с самого раннего возраста. С задачей профориентации прекрасно справляется образовательный центр «Сириус», где созданы все условия для инновационного творчества.
Конструкторы для маленьких инженеров
Образовательный центр «Сириус» был создан Образовательным Фондом «Талант и успех» на базе олимпийской инфраструктуры по инициативе Президента России Владимира Путина. Главная цель «Сириуса» — раннее выявление, развитие и дальнейшая профессиональная поддержка одаренных детей, проявивших выдающиеся способности в области искусств, спорта, естественнонаучных дисциплин, а также добившихся успеха в техническом творчестве.
Центр работает круглый год. Проезд и пребывание в образовательном учреждении для детей бесплатные. Ежемесячно в «Сириус» приезжают 800 детей и подростков в возрасте 10–17 лет со всех регионов России. Обучение проводят ведущие педагоги спортивных, физико-математических, химико-биологических школ.
Образовательная программа рассчитана на 24 дня и включает в себя как занятия по специальности, так и развивающий досуг, мастер-классы, творческие встречи с признанными в своих областях профессионалами, комплекс оздоровительных процедур, а в течение учебного года — общеобразовательные занятия.
Университет «Сириус» также регулярно проводит летние, зимние и весенние Школы робототехники для студентов вузов, но в нашем материале речь пойдет именно о детях, которые с самого раннего возраста приобщаются к этой науке, и велика вероятность, что для многих детское увлечение перерастет в профессию или даже в дело всей жизни.
В «Сириусе» достаточно широкий спектр программ по робототехнике как для дошколят, так и для ребят постарше. Для самых маленьких преподаватели образовательного центра предлагают учебный курс «Как всё устроено, Лего». Программа курса направлена на развитие у дошкольников технического творчества, освоение первоначальных конструкторских умений через лего-конструирование и расширение представления об окружающем мире.
Курс нужен для подготовки к дальнейшему изучению лего-конструирования с применением компьютерных технологий. В рамках курса дети знакомятся с образовательным набором LEGO «Простые механизмы» 9660, способами создания конструкций, оптимальной формой и созданием подвижных структур (шарнир). Используя образовательный набор LEGO «Первые механизмы» 9656, учащиеся знакомятся с механизмами (зубчатыми, ременными передачами, кулачковым и рычаговым механизмами).
Организаторы курса уверяют, что к концу образовательного года дети будут знать названия деталей и способы их соединения; основы механики (устойчивость конструкций, прочность соединения, виды соединения деталей механизма); разбираться в видах конструкций: плоские, объемные, неподвижное и подвижное соединение деталей. Также малыши смогут выполнять задания в соответствии с инструкцией и поставленной задачей, получат навыки работы на компьютере и даже смогут поучаствовать в робототехнических соревнованиях различного уровня.
Для детей в возрастной группе 9–12 лет «Сириус» предлагает образовательную программу «Робототехника со Спайк Прайм». Цель программы: заинтересовать ребят инженерным направлением, развивать их логическое и пространственное мышление.
В ходе обучения школьники научатся создавать роботов и программировать их с помощью конструктора LEGO «Спайк Прайм». Также по итогам курса ребята должны научиться переводить задачи с человеческого языка на язык, понятный роботу. Кроме того, ученики должны уметь самостоятельно находить ошибки в своем коде и исправлять их.
Курс «Спортивная робототехника на VEX IQ» предназначен уже для ребят в возрасте 12–14 лет. Здесь школьники работают с конструкторами VEX IQ. Для создания программы, по которой действует модель, будет использован язык программирования C++ и его графический аналог.
Конструктор позволит детям во время познавательных игр понять многие важные идеи и развить необходимые навыки. На этом этапе ребята узнают, что такое зубчатые передачи, принцип устойчивости, резиномотор, рычаги. Изучат основы программирования, блоки ветвления и циклы в RobotC, пропорциональный и прочие регуляторы для движения по линии, ШИМ, точное управление манипулятором, датчик касания, цвета, расстояния, гироскоп. Примут участие в различных робототехнических конкурсах и соревнованиях.
Мягкая робототехника
«Сириус» обладает достаточно серьезной материально-технической базой, это не какой-то продвинутый кружок рукоделия, а место, где школьники под руководством опытных наставников могут заниматься серьезными инновационными разработками.
В образовательном центре в ходе научно-технологической программы «Большие вызовы» участники развивали направление мягкой робототехники и создавали модель роботизированной руки, которая двигается аналогично человеческой благодаря считыванию датчиками импульсов от мышц.
Это приспособление можно применять при реабилитации человека и работы с веществами, опасными для живых организмов. Аналоги данного устройства сейчас существуют только в жесткой робототехнике. Разработка велась по направлению «Природоподобные и нейротехнологии» совместно с Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».
«Мы развиваем мягкую робототехнику, которая в России только появляется. Мы работаем над созданием роботизированной руки, которую можно использовать как манипулятор во вредных или травмоопасных для человека условиях. Если же надевать мягкие пальцы не на каркас, а на человека, их можно использовать как систему реабилитации. Основной плюс мягкой робототехники в том, что она комфортнее и безопаснее для человека, чем жесткая робототехника и аппараты из твердых материалов», — сообщила руководитель проекта, лаборант-исследователь лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобные технологии НИЦ «Курчатовский институт» Кристина Базылева.
Разрабатываемая рука повторяет движения человеческой, к которой подключены датчики, которые в свою очередь снимают импульсы с мышц, передают полученную информацию на контроллер Arduino, он подает сигналы клапану, создающему давление на силиконовых мышцах и пальцах.
«Нашу руку можно будет использовать в лабораториях или других помещениях, где требуется взаимодействие человека с вредными реагентами. Мы использовали датчики, считывающие активность мышц, на руку человека, а роботизированная способна повторять движения. Аппарат обладает мягкими участками, которыми он контактирует с предметами: у руки мягкие пальцы и ладонь, созданные из силикона. Движениями управляет пневматический каркас для более плавного захвата предметов», — рассказал школьник из Самары Михаил Минеев.
В рамках проекта школьники программировали и моделировали, а также выполняли инженерные задачи: работали в мастерских с разными материалами, пользовались станками и другим оборудованием. На финальной защите команда проекта продемонстрировала модель руки, которая может повторять движения человека. В ходе презентации один из участников проекта подключил датчики к своей руке, так что аппарат повторял движения человека.
В июле этого года направление «Природоподобные и нейротехнологии» включало в себя четыре проекта. Школьники также разрабатывали фотобиореактор для систем жизнеобеспечения космических аппаратов, микрокапсулы, реагирующие на изменение кислотности среды, для доставки и контролируемого высвобождения липофильных активных веществ, исследовали технологию CRISPR/Cas9 при получении трансгенных лабораторных животных.
