Постепенно в повседневную жизнь входят высокие технологии: «умный дом», интерактивные художественные выставки, боты-собеседники. Неудивительно, что обучать азам программирования и роботостроения начинают еще до школы. Центры робототехники и инженерные кружки открываются все чаще. По разным данным, в России действуют около 400 кружков, связанных с робототехникой и IT, официальной статистики пока еще нет. И это число будет только расти.
От кружка юных инженеров и радиолюбителей до секции «Робототехника»
Робототехника встроилась в образовательный процесс органично и почти без шума. В 2016 году роботы мигают светодиодами на всех уровнях учебных учреждений: от садов до университетов, но больше всего – в школе. Робототехника считается инструментом для углубленного изучения таких дисциплин, как информатика, физика и технология. Поэтому постичь начала роботостроения школьники могут не только в кружках, но также в школах и вузах, где роботы все больше внедряются в учебный процесс.
Кружковая система дополнительного образования особенно хорошо знакома людям старшего поколения, из стран бывших союзных республик СССР. Бесплатное советское образование было щедро дополнено внешкольными занятиями на базе дворцов и домов пионеров (по данным Википедии, 1971 году действовало 4 400 «дворцов»).
Развивали пространственное мышление у будущих инженеров кружки технического моделирования и конструирования, радиомастерские. Школьники «с нуля» создавали модели автомобилей и самолетов, учились работать с оборудованием (токарные станки, выжигательные аппараты, лобзики и напильники), знакомились с принципами работы электричества.
Советская система образования по инженерно-техническим специальностям, частью которой были «кружки», считалась одной из лучших в мире. Сегодня же принято говорить больше о минусах образования в России, а лидирующие позиции в сфере технологий занимают американские и азиатские учебные заведения.
Вместе с распадом СССР в упадок пришла и культура дополнительного образования и кружков. Кружки стали платными, а тематика потеряла в разнообразии: популярными стали спортивные секции, танцевальные и художественные школы. Как повлияло такое изменение в учебном меню целого поколения детей, можно судить уже сейчас. Выпускники вузов с дипломами о гуманитарном образовании не находят работу, а предприятия днем с огнем ищут инженерные кадры.
В 2000-х годах все более заметным становится интерес к робототехнике в образовании. С 2002 года в России проводятся внутренние и Международные состязания роботов. В это же время формируется Российская ассоциация образовательной робототехники (РАОР) . С 2008 года на основе РАОР работает Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники (ВУМЦОР) – организация поставляет методички и снабжает всех желающих правовой информацией и рекомендациями для открытия робототехнического кружка.
Также с 2008 года фонд Олега Дерипаски «Вольное дело» запустил программу «Робототехника» , которая поддерживает образовательные и соревновательные проекты.
В 2014 году о роботах заговорили на государственном уровне. В АСИ (Агентство стратегических инициатив, учредитель – Правительство Российской Федерации) анонсировали Национальную техническую инициативу. Глобальная идея НТИ – к 2035 году вывести Россию на конкурентных уровень на рынке высоких технологий. Одним из направлений программы стала поддержка и популяризация технического образования.
Вместе с популяризацией робототехники в образовательной среде появилось понятие STEM (или STEAM). Это направление в мировом образовательном процессе, его характеризует междисциплинарный подход к обучению. Ключевые дисциплины зашифрованы в аббревиатуре: Science, Technology, Engineering, Art (не всегда), Math. Система призвана развивать будущих инженеров и робототехников.
При государственной поддержке открываются не просто кружки, но и целые технопарки — детские центры, объединяющие кружки по разным техническим направлениям. Пока технопарков не много. В мае в Москве заработал первый детский центр при “Мосгормаш” , в конце сентября открылся технопарк “Кванториум”. В регионах также собираются открывать технопарки. Они должны появиться в 17 регионах: в Мордовии, Татарстане, Чувашии, Алтайском крае и в других.
От конструктора к микросхеме
Несмотря на то, что роботы включены в занятия для детей с дошкольного возраста, главную роль в становлении самых маленьких будущих инженеров играет не электроника, а творчество. В системе STEM образования в занятиях для дошкольников на первом плане – свобода мыслить и создавать. Поэтому в кружках для детей до 6 лет активно используют простые конструкторы и кубики.
Основная масса кружков по робототехнике ориентирована на детей возраста начальной и средней школы.
“Как правило, в программу подобных детских курсов входит знакомство со схемотехникой, основами программирования и робототехники. Разница между кружками состоит в их задаче: ребенок либо развлекается, либо учится. Исходя из этого и подбирается методика обучения и технологии. Глобальная цель РОББО Клуба – вырастить поколение молодых инноваторов, которые были бы конкурентоспособны не только на российском рынке, но и в мире. Поэтому наш курс рассчитан на работу с детьми разного возраста: с дошкольниками мы создаем анимационные программы и классические компьютерные игры (Pac-man, Arkanoid), программируем роботов на выполнение различных задач, со школьниками занимаемся программированием на «взрослых» языках, 3D-моделированием, 3D-конструированием и 3D-печатью. Так, ребенок приходит к нам только с навыками чтения, а уходит с напечатанным на 3D-принтере, собранным и запрограммированным самостоятельно роботом”, — поясняет Павел Фролов, продюсер детского робототехнического проекта для образования «РОББО»
Робототехника дополняет пройденный материал на уроках технологии, физики и математики. Дмитрий Спивак, директор санкт-петербургского кружка робототехники для детей Robx считает, что именно на кружковых занятиях ребенок может применить знания механики и электродинамики, вникнуть в текстовые языки программирования (например, С). “В средней школе наши подопечные начинают знакомство с Arduino, более сложные программами для 3D моделирования — OpenSCAD, параметрическим моделированием, где дети описывают фигуры кодом” — говорит Дмитрий.
Образовательная робототехника, как правило, начинается с конструкторов Lego. В наборах соблюдается баланс конструирование-программирование. После того, как ребенок освоит азы, он может углубиться в одно из направлений, более глубоко изучать программирование и конструирование. На занятиях с уклоном в программирование ученики работают с разными языками и программами для программирования, занимаются 3D моделированием. Конструкторские кружки готовят будущих инженеров: здесь дети самостоятельно разрабатывают форму и “начинку” робота.
Lego и Ко
Рынок STEM и роботизированных конструкторов довольно разнообразен. Большинство производителей охватывает все возрастные категории, от наборов для дошкольного образования до модулей с 4-ядерными процессорами для средних и старших школьников.
Мировым и российским лидером в сфере образовательной робототехники является дочерняя компания холдинга LEGO Group — LEGO Education. Датскому бренду принадлежат не только наборы и методические разработки, но и сеть специализированных детских центров, а также ЛЕГО Академия, где обучение могут пройти педагоги. На данный момент 16 центров дополнительного образования являются официальными партнерами Lego Education Afterschool Programs в России.
Lego Education работает с 1980 года. В линейке бренда как конструкторы без электронной составляющей (Lego Простые механизмы, Первые конструкции), наборы с микропроцессором и датчиками для изучения робототехники в младшей школе (Lego WeDo) так и наборы для демонстрации научных принципов в средней школе (Lego Технология и физика) и наборы легендарной серии MINDSTORMS.
Похожая на Lego, но гораздо менее известная американская компания Pitsco была основана в 1971 году тремя преподавателями. Наборы для младшего возраста Elementary STEM представлены скорее творческими общеразвивающими игрушками – летучие змеи, ракеты. Роботы включены в направление Tetrix – роботизированные металлические конструкторы, широко известные в России. Металлические детали делают такие наборы универсальными, Tetrix совместим с контроллером Lego MINDSTORMS. Роботы на основе Tetrix часто участвуют в соревнованиях, в том числе и в студенческих категориях.
Открытая платформа Arduino в отличие от прочих уникальная плата с программной оболочкой. Это делает Arduino универсальной основой для робототехнических конструкций любого уровня в рамках детского образования. На основе Arduino создано несколько брендов робототехнических наборов-конструкторов. Платформу можно приобрести отдельно. Минус платформы в том, что конструирование достаточно сложное, подразумевает работу ребенка с паяльником.
Отечественные наборы представлены двумя заметными на рынке брендами – ТЕХНОЛАБ и Амперка. Для ТЕХНОЛАБ разработаны методички при поддержке специалистов факультета «Робототехника и комплексная автоматизация» МГТУ им Н.Э.Баумана. Продукты ТЕХНОЛАБ — тематические и возрастные модули. В каждом модуле – несколько робототехнических наборов. Такой «оптовый» подход предполагает высокую цену конструкторов: от 93 тыс. рублей за модуль для детей 5-8 лет и до 400 тыс. рублей за модуль воздушных роботов.
Амперка – стартап 2010 года, основанный на платформе Arduino. Продукты Амперки — наборы под игровыми названиями: «Матрешка», «Малина», «Электроника для чайников» и т.д. Также на сайте Амперки можно купить отдельные комплектующие – платы Arduino, датчики, коммутаторы.
Корейский бренд Robotis предлагает робототехнические наборы для каждого уровня. Это пластмассовые роботы для начальной школы (Robotis Play, Robotis Dream) и человекоподобные роботы на основе сервомоторов Robotis Bioloid.
Корейские производители HunaRobo и RoboRobo акцентируют внимание на конструкторах для детей младшего и среднего возраста. Наборы корейских брендов включают базовые элементы: материнскую плату, двигатель и редуктор, RC приемник и пульт управления.
VEX Robotics — частная компания с фокусом на мобильную робототехнику, базируется в США. Бренд принадлежит компании Innovation First, Inc., которая разрабатывает электронику для автономных наземных роботов. Бренд поделен на два направления – серия VEX IQ для начального уровня и VEX EDR– платформа для продвинутых учеников. Мобильные программируемые роботы VEX на пульте управления ориентированы на соревнования и навыки программирования.
Вместо заключения
Широкий ассортимент робототехнических обучающих платформ, государственная поддержка и мода на роботов только встраивают робототехнику в образование. Инженерные и робототехнические кружки и занятия скорее исключение, особенно в регионах. Однако, уже сегодня сотни тысяч детей получили возможность учиться дополнительно по инженерным и IT направлениям. И это число в ближайшее время будет только расти — СМИ рапортуют о новых технопарках и кружках, а власти — о готовности поддержать подобные инициативы.
Хочется верить, что усиленная интеграция дополнительного технического образования в итоге даст толчок к формированию большего количества технических специалистов высокого уровня в будущем. Кружковое движение стремится к широкому охвату — программы робототехнических занятий построены так, чтобы заинтересовать любого ребенка. Основные технические законы и понятия становятся доступнее. Занятия робототехникой как минимум расширяют кругозор, как максимум — обеспечат будущее инженерными и техническими кадрами. Верим в максимум!
Павел Баскир - о том, как запустить, масштабировать и монетизировать интереснейший образовательный проект
IT-инструменты, которые использует Павел Баскир
- FlowPlan
- 1С:Образовательное учреждение
- 1С:Бухгалтерия («облачная»)
Московский предприниматель Павел Баскир хотел, чтобы его 10-летнему сыну было интересно учиться чему-то новому. И запустил в Москве сеть кружков по образовательной робототехнике. Дети во время занятий на площадках «Лиги роботов» получают знания по математике, информатике, физике и другим дисциплинам, а потом конструируют и испытывают модели роботов. Проекту нет ещё и года, но за это время он уже дважды серьёзно расширялся..
38 лет, предприниматель, учредитель московской «Лиги роботов»
. Учился в МАИ на факультете радиоэлектроники, в Российском экономическом университете им. Плеханова и Open University UK (МИМ ЛИНК), но оконченного высшего образования так и не имеет. С 1997 по 2015 год года владел и управлял компаниями, которые являлись партнерами-франчайзи фирмы «1С». Затем продал бизнес и открыл по франшизе кружки робототехники «Лига роботов» в Москве. Бизнес начинался с одного кружка, сейчас их 40.
Старт
Московская «Лига роботов» началась с конструктора Lego Mindstorm, который Павел Баскир подарил сыну на Новый год. Игрушка давала возможность в игровой форме познакомить сына с дисциплинами, которые необходимы для создания роботов – математике, физике, информатике.
Павел стал искать образовательную программу, которая бы использовала принципы роботехники. Этот поиск привел его вместе с сыном на конференцию «Skolkovo Robotics», где они познакомились с Николаем Паком из Новосибирска, основателем открытого инженерного движения «Лига роботов».
Проект зародился в 2011 году в Новосибирске и с тех пор успешно развивается и в других городах - Томске, Симферополе, Астане и др. Его участники знакомятся с роботехникой, участвуют в конкурсах и конференциях, занимаются проектной деятельностью.
Павла Баскира заинтересовал опыт «Лиги роботов»: привлекло наличие авторской методики обучения робототехнике для школьников всех возрастов. Это была не просто система теоретических знаний, а действующая схема, отработанная на тысячах учеников. Как предпринимателю Павлу понравилось, что у новосибирской команды есть франшиза и уже работающие по ней проекты в других городах. Он купил франшизу и открыл «Лигу роботов» в Москве. «Этот опыт «отчуждаем». Мы не привязаны к каким-то конкретным людям, мы берём материал и можем уже дальше по нему работать», - замечает Павел.
Методика
Каждое занятие «Лиги роботов» длится три часа и проходит по выходным дням один раз в неделю. Ребенок изучает теорию из тех разделов, которые необходимо знать для робототехники – математики, физики, программирования, инженерии, механики. Потом, основываясь на полученных знаниях, ребята собирают робота, программируют его и испытывают в действии.
«Наша методика полезна больше для общего образования. Робототехника для нас – это не цель, а средство изучения разных наук. Знания мы даем в прикладном виде»
Каждый курс рассчитан на три месяца (триместр) и состоит из 12 уроков. Последние два урока в триместре – проектные занятия. Ребёнок делает своего робота, используя конструктор Lego, и презентует родителям.
У каждого занятия есть сценарий. Преподаватель работает в рамках сценария, иногда адаптируя его под особенности группы или примеры из своего профессионального опыта. Работа десятков преподавателей контролируется и синхронизируется различными способами. Это системы дистанционного контроля, общение через соцсети, обратная связь от родителей и коллег. Раз в неделю преподаватели участвуют в общем собрании, где обсуждаются текущие вопросы, педагогические моменты, а также актуальные события из мира робототехники.
Рабочее «железо»
На занятиях используют роботов, которых собирают из конструкторов Lego WeDo и Lego Mindstorm. Именно этими конструкторами пользуется новосибирская «Лига роботов», по ним компания и наработала методическую базу. «Нам при выходе на рынок был важен не конструктор, а наработанная по нему методика, - объясняет Павел Баскир. Также для нас было важным, что именно этот конструктор используют для проведения большей части международных олимпиад по робототехнике».
Конструкторы Lego включают в себя датчики, двигатели и контроллер (мозг робота), а также набор механических деталей. Датчики самые разнообразные – света, касания, звуковые, инфракрасные. Роботы активно взаимодействуют с физическим миром: датчики отправляют информацию на контроллер, который по алгоритмам написанной учеником программы «принимает решения» о своих дальнейших действиях для выполнения поставленной задачи. После команды компьютера двигатель приводит в движение шестерёнки, колёса и другие детали.
Для этих конструкторов разработана специальная визуальная среда программирования. Дети не пишут код программы, а перетаскивают в программу и настраивают через параметры готовые программные блоки.
Набор Lego WeDo предназначен для детей дошкольного или младшего школьного возраста. В нём проще детали и они такие же, как в классических конструкторах Lego. Набор Lego Mindstorm рассчитан на ребят постарше: там другой принцип крепления деталей. Стоят наборы 10 и 30 тысяч рублей соответственно. На занятиях они выдаются детям бесплатно.
Преподаватели
Московская «Лига роботов» для поиска преподавателей, которым интересна робототехника и работа с детьми, создала отдельную структуру – Школу преподавателей Лиги роботов (ШПЛР). Всем кандидатам перед началом работы необходимо пройти в ней обучение.
Сначала создатели московской «Лиги роботов» попытались сделать обучение преподавателей платным. Тем самым они хотели проверить мотивацию претендентов и повысить «входной порог», чтобы отсечь случайных людей. Но вскоре от платы отказались. Она отпугивала тех людей, которые хотели прийти, но не понимали, что происходит в московской «Лиге роботов» и за что им надо платить.
Отбор будущих преподавателей проходит в шесть этапов: заполнение мотивационных тестов, личное собеседование перед началом обучения, наблюдение кураторов во время обучения, сдача экзаменов на знание теории, прохождение практики, выходное собеседование. Само обучение длится не менее 40 часов. Преподавателями, в основном, становятся студенты технических вузов. В ШПЛР им дают уроки педагогического мастерства, робототехническую теорию и практику под руководством опытного наставника. С ноября прошлого года по январь 2016 года школа подготовила более 200 человек. В московской «Лиге роботов» считают, что чем больше преподавателей, тем больше гарантии качества и взаимозаменяемости.
Масштабируемость
Павел Баскир на стадии запуска бизнеса понимал, что в Москве «Лигу роботов» надо развивать не на одной, а сразу на нескольких площадках. Для того чтобы «обкатать» сетевую модель управления, необходимо было на начальном этапе выйти не менее чем на 10 площадок. Они были открыты в сентябре 2015 года На них можно было опробовать управленческие решения и методику «Лиги роботов», выявить их слабые места и принять меры, которые позволили бы их улучшить.
Управление несколькими площадками одновременно помогает снизить как расходы на закупки оборудования, так и расходы на обучение персонала. По затратам обучение преподавателей на одну или на 10 площадок отличаются не сильно.
Изначально Павел ориентировал свой проект только на школы и школьников. Он исходил из того, что в школах есть компьютерные классы с оборудованием, которые по выходным пустуют. Их можно использовать для занятий на взаимовыгодных для «Лиги роботов» и школ условиях. Сейчас московская «Лига роботов» заключает с образовательным учреждением договор о сетевой реализации образовательных программ. Компания не платит за помещение для занятий, а школа получает обучение школьных педагогов, комплекты конструкторов, подготовку школьных команд к спортивным соревнованиям по робототехнике. Конструкторы через год после работы кружка в школе становятся собственностью образовательного учреждения. Полученные методики и оборудование школа может использовать для своего основного образовательного процесса.
Чтобы договориться со школами, Павел Баскир и коллеги в мае 2015 года попали на прием в департамент образования Москвы, где рассказали о проекте. Летом они свозили завучей школ в фонд «Сколково», где сделали презентацию достижений современной робототехники и своего проекта. После этого несколько директоров школ предложили сотрудничество.
Неожиданно с аналогичным предложением обратились и те учреждения, которые изначально не рассматривались «Лигой роботов» в качестве потенциальных площадок - библиотеки и центры молодёжного инновационного творчества. Теперь «Лигу роботов» зовут на свою территорию частные детские сады и школы.
Компания проводит также занятия на базе организаций, у которых есть собственные учебные компьютерные классы, простаивающие в выходные дни. За предоставление помещения «Лига роботов» бесплатно обучает детей сотрудников.
На каждой площадке функционирует один кружок робототехники. Пропускная способность кружка – до 100 детей за выходные, но загруженность у секций в разных частях Москвы неодинаковая. Есть районы, где заинтересованных ребят меньше, чем ожидали организаторы. В каждом кружке занимается 6 групп детей, группа обычно формируется из 16 человек.
Аудитория
Сначала московская «Лига роботов» планировала проводить занятия только с ребятами школьного возраста. Но после запуска проекта родители дошкольников тоже стали проявлять интерес. Если есть спрос, то и предложение появится: сейчас компания работает и с детьми от 5 лет.
Группы формируются по возрасту участников и по уровню их подготовленности. Если в «Лигу роботов» придут двое ребят одинакового возраста, но один из них уже занимался в кружке, а другой нет, их распределят в разные группы. И они будут учиться по разным программам. Всего таких программ 13, а общий объем учебного материала более 600 академических часов.
Иногда родители, уверенные в одарённости своего ребёнка, просят перевести его в группу более старшего возраста. Тогда сотрудникам приходится объяснять, что результат лучше, если ребёнок занимается по программе в соответствии со своим возрастом и параллельно со школьной программой. Но эти доводы не все воспринимают с первого объяснения.
Вложения
Инвестиции в проект составили около 4 миллионов рублей. Это были личные накопления Павла Баскира, полученные от продажи предыдущего бизнеса.
Приобретение франшизы обошлось в 500 тысяч рублей. Остальное потратили на аренду офиса, закупку наборов конструктора Lego, подготовку первых 40 преподавателей. Павел Баскир пробовал получить кредит, но безрезультатно. Банки кредитуют под залог имущества и отдают предпочтение тем компаниям, которые уже имеют какую-то историю.
«В принципе, мы не слишком нуждались в заемных средствах, для открытия бизнеса нам хватило своих. Зато мы проверили, можно ли получить кредит, когда речь пойдёт о масштабировании бизнеса»
Цены на свои занятия московская «Лига роботов» устанавливала интуитивно – 1000 рублей за один трехчасовой урок. У большинства конкурентов столько же стоит час занятий. Но невысокие цены способствовали большой пропускной способности. За счёт этого получилось выйти на массовый рынок. Сейчас в секциях «Лиги роботов» в Москве занимается несколько тысяч детей. Ежемесячная выручка составляет более 8 миллионов рублей.
Сложности и нюансы
Изначально Павел Баскир отводил себе в проекте роль учредителя и стратега. «Мечта каждого предпринимателя – он задумывает что-то интересное, и оно само собой воплощается. Конечно, так не бывает. У нас была сформирована управленческая команда во главе с генеральным директором. Но жизнь внесла свои коррективы: пришлось сильно погружаться в процессы и помогать команде. Ребята большие молодцы, берутся за масштабные задачи, которые в этой отрасли ещё никто не делал, получают очень интересный профессиональный опыт. А я в свою очередь им в этом помогаю», - говорит Павел.
Многому приходилось учиться в процессе работы, в том числе взаимодействию с госорганами. Павлу и его команде пришлось осваивать навыки лоббирования интересов – как своего предприятия, так и всей отрасли негосударственного дополнительного образования. Предприниматели изначально рассчитывали, что договориться получится быстрее и проще. Например, до сих пор не уточнена юридическая форма взаимодействия между «Лигой роботов» и департаментом образования Москвы, хотя этим вопросом основатели «Лиги» серьезно занимаются с первого дня работы проекта.
На рынке робототехники существует около сотни организаций, занимающихся образовательной деятельностью в этой сфере. Есть как небольшие сети из кружков робототехники, так и большое количество несетевых кружков, созданных энтузиастами при школах, дворцах творчества и на других площадках. «Мы понимаем, что на рынке есть несколько серьёзных игроков, готовящихся зайти со своими предложениями. Мы всех знаем и к конкуренции готовы», - говорит Павел Баскир.
Занятия в «Лиге роботов» сезонные: из-за каникул и экзаменов выпадают декабрь, январь, май, июнь, июль и август. Зарабатывать в «межсезонье» на занятиях с детьми не получается. В компании эти периоды используют для маркетинга и подготовки преподавателей.
Одним из мероприятий с целью популяризации образовательной робототехники в «межсезонье» стал «Робомарафон» Это серия бесплатных мастер-классов, которые проводятся в течение нескольких месяцев в году в технопарках, библиотеках и центрах молодёжного творчества. «Проектная мощность» последнего «Робомарафона» составляла 12000 обучающихся детей. Его устраивает московская «Лига роботов» совместно с привлечёнными партнёрами. «Робомарафон» - это возможность рассказать о своём проекте и получить новых участников платных занятий. Также «Лига роботов» участвует в научно-технических фестивалях, которые устраивают другие организаторы.
Планы
Московская «Лига роботов» хочет расширять образовательный контент и давать детям не только знания по робототехнике, но и по «дружественным» дисциплинам, например, 3D-моделированию и 3D-печати.
Для этого у создателей проекта теперь есть все возможности. В этом году московская «Лига роботов» получила грант от департамента науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы и министерства экономического развития России на открытие собственного центра молодёжного инновационного творчества. Он будет оборудован 3D-принтерами, фрезерами и лазерами – всем оборудованием, необходимым для знакомства школьников с современными технологиями 3D-печати.
В «межсезонье» московская «Лига роботов» планирует проводить летние лагеря – городские или выездные. Также в планах проведение одноразовых мастер-классов для детей и взрослых. Опыт их проведения уже есть. Например, в фонде «Сколково» устраивали «Робоночь», которую посетили около 120 взрослых. Они участвовали в мастер-классах, связанных, по сути, с детскими конструкторами.
Компания работает над корпоративным предложением, которое направлено на проведение мероприятий для детей сотрудников разных организаций и фирм.
Одна из первостепенных задач – увеличить к осени 2016 года количество площадок до ста. Для этого летом будут набирать и готовить новых преподавателей, искать новые территории для проведения занятий.
Робототехника со стороны может казаться достаточно комплексным и требовательным предметом, который не то что дома, но и в специальных учебных заведениях получается освоить с трудом. В то же время занятиями по робототехнике в школах уже трудно кого-то удивить, как и самыми разными онлайн-уроками от китайского языка до графического дизайна. Но можно ли научиться создавать и программировать робота дома по дистанционной программе? Сегодня разбираем русскоязычные бесплатные онлайн-курсы по робототехнике.
Сразу оговоримся, что каждый курс предполагает, что роботов надо из чего-то собирать. Разные преподаватели предпочитают работать с разными конструкторами и на разных платформах, поэтому, прежде чем приступить к занятиям, стоит внимательно изучить эти вопросы и приобрести необходимую электронику заранее в соответствии с вашими интересами и запросами.
Возраст: от 13 лет
Платформа: Arduino
Преподаватели: руководитель и научный сотрудник направления робототехники Лаборатории инновационных образовательных технологий МФТИ Алексей Перепёлкин и Дмитрий Савицкий
Длительность: 6 недель
Эта программа существует уже почти два года, за это время её прошли несколько сотен человек. Из основных плюсов студенты выделяют структурированность и доступность учебного материала. Видео-лекции расскажут, как проектировать, собирать и программировать устройства. Каждую неделю - новое практическое задание. Создателям удалось рассказать о сложном простыми словами, и курс действительно подходит даже тем, у кого нет бэкграунда по теме. Можете не сомневаться: к концу занятий вы перейдете на «ты» с роботами и самостоятельно соберете 3D-принтер.
2. Курс «Роботы в быту» от МГТУ им. Н.Э. Баумана на «Универсариуме»
Возраст: от 15 лет
Преподаватели: Андрей Витальевич Кравцов и Борис Сергеевич Старшинов - к.т.н., доц., проф. Академии военных наук, доцент кафедры «Основы физики» МГТУ им. Н.Э. Баумана
Длительность: 1 месяц
Это более общий и теоретический курс для аудитории, которая понимает, чем мехатроника отличается от робототехники. Он состоит из четырех модулей, и практические задания предусмотрены на последнем этапе из 6 занятий с захватывающим названием «Применение робототехнических устройств в экстремальных условиях».
3. Курс «Основы программирования роботов» от МГУПИ на «Универсариуме»
Возраст: от 13 лет
Платформа: Arduino
Преподаватели: Андрей Назарович Будняк - Заместитель директора ЦТПО МГУПИ, Вице-президент Ассоциации спортивной робототехники, победитель соревнований Российской Федерации 2012 года по робо-сумо в номинации «Самый технологичный робот». Победитель и лауреат многочисленных соревнований по спортивной робототехнике: Кубок Политехнического музея, GEEK PICNIC, Чемпионат России по робо-сумо, RobotChallenge в Вене.
Длительность: по своему усмотрению
Ближайший курс: лекции доступны в записи
Курс от титулованного робототехника, победителя всевозможных соревнований Андрея Будняка рассчитан на тех, кто освоил школьную программу по физике и информатике (особенно разделы о электричестве и алгоритмах). При этом курс будет полезен даже тем, кто далек от электроники, но может применять микроконтроллеры в своей работе: архитекторы, дизайнеры, врачи, звуковики. В общем, всё, что вы хотели знать о регуляторах, индикаторах, приводах и датчиках, но боялись спросить.
4. Курс «Arduino для начинающих» от «Занимательной робототехники»
Возраст: от 10 лет
Платформа: Arduino
Длительность: по своему усмотрению
Ближайший курс: уроки доступны в записи
Команда «Занимательной робототехники» создала простой курс для новичков, где есть текстовые объяснения, фотографии и обучающие видео. Роль ведущего исполняет мальчик Саша, который последовательно выполняет все необходимые действия и сопровождает их комментариями. В этом заключается сразу и основной плюс и главный минус этой программы: действительно, каждый сможет повторить манипуляции, описанные в пошаговой инструкции, тем более когда есть подробное видео, но при этом часто остаются пробелы в понимании, что и зачем делается. С другой стороны, у курса довольно оживленное онлайн-коммьюнити, где все вопросы можно обсудить.
5. Уроки на Robot Class
Возраст: от 10 лет
Платформа: разные
Преподаватель: Олег Евсегнеев
Длительность: по своему усмотрению
Ближайший курс: уроки доступны в записи
Сборник разрозненных уроков по робототехнике и программированию от Олега Евсегнеева, которые разделены по уровню сложности: для новичков и для продвинутых. Это скорее тематический блог, нежели полноценный курс, но найти что-то полезное и интересное для себя смогут все, кто уже интересуется робототехникой. В отличие от других вариантов здесь нет видео - только текст с фотографиями, формулами, схемами и кусками кода. И такой, казалось бы, устаревший формат даже немного освежает.
6. Курс «Мой друг – робот. Социокультурные аспекты социальной робототехники» на Coursera
Платформа: нет
Преподаватель: Надежда Зильберман, кандидат филологических наук, доцент кафедры гуманитарных проблем информатики Томского государственного университета ()
Длительность: 7 недель
Этот курс не занимается техническими особенностями разработки роботов. Эта программа исходит из предпосылки, что роботы с минуту на минуту станут часть повседневности (а на самом деле - уже давно стали). Здесь обсуждаются именно социокультурные аспекты робототехники: как выглядит робот, как он взаимодействует с человеком, какие отношения выстраиваются между роботом и «хозяином» и на чем основывается этика этих отношений. Интересный теоретический курс, пройдя который вы узнаете, что такое «синдром Франкенштейна» и познакомитесь с «эффектом зловещей долины».
Одним из наиболее перспективных направлений в сфере IT-технологий является робототехника. Почему? Да потому что в течение следующих пятнадцати лет в мире появится дюжина новых профессий, в основе которых и будут знания из робототехнической области.
Речь идет о таких специальностях, как:
проектировщик промышленной робототехники;
проектировщик-эргономист;
инженер-композитчик;
оператор многофункциональных робототехнических комплексов;
проектировщик детской робототехники;
проектировщик медицинских роботов;
проектировщик домашних роботов;
проектировщик нейроинтерфейсов по управлению роботами.
Самоуправляющие устройства стали применятся во второй половине прошлого столетия. Изначально роботы трудились в сферах производства и исследований, но затем успешно перекочевали в сферу услуг. Безусловно, роботы на текущий момент не являются каким-нибудь массовым явлением, но вектор выбран и изменить его практически невозможно. Именно поэтому можно говорить о том, что в ближайшем будущем роль человека, как рабочего, кардинально измениться. Но как подступиться к робототехнике? С чего начать свое увлекательное путешествие? Давайте попробуем ответить на эти вопросы.
Робототехника для детей
Начинать осваивать азы робототехники лучше всего в раннем возрасте, но это не означает, что взрослому человеку путь закрыт. Дело в том, что ребенок быстрее усваивает новые навыки, у него нет забот, которые могли бы помешать заниматься любимым хобби. Кроме того, робототехника для детей направлена на изучение конкретного предмета, в то время как профессиональная занимается решением сложных задач. Например, дети и любители могут разбирать простые механизмы, чтобы понять принцип их работы, а вот более зрелые специалисты создают сложные промышленные манипуляторы.
Чтобы понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике, достаточно купить конструктор (благо детские роботы сегодня не в дефиците) и посмотреть, проявляет ли он интерес к процессу его сборки. Если да, то можно подыскать кружок робототехники, в котором ребенок сможет развить фантазию, логику, мелкую моторику, пространственное восприятие, терпеливость и концентрацию.
Стоит отметить, что направления в робототехнике бывают разные: программирование, электроника, конструирование. Если ребенку нравится собирать конструктор, скорее всего ему подходит конструирование. Заниматься электроникой следует тем, кому интересно познавать, как устроена та или иная вещь. Программирование заинтересует любого юного математика.
В каком возрасте начинать учиться?
Идеальный возраст для старта в робототехнике 8-12 лет. Раньше у ребенка могут возникнуть трудности с пониманием принципов работы тех или иных механизмов, а о желании учить математику (которая крайне необходима для составления алгоритмов, проектирования схем и механизмов) в раннем возрасте лучше не упоминать. Ну кто из нас хотел штудировать формулы и теоремы, когда на улице отличная погода, а под телевизором расположилась Sony PlayStation? Вопрос риторический.
А вот в 8-9 лет дети без особых проблем могут понимать и запоминать, что такое конденсатор, светодиод, резистор. В этом возрасте они уже могут осваивать понятия из школьной физики, значительно опережая программу наших учебных заведений.
Если до 14-15 лет ребенок не утратит интерес к своему хобби, ему следует продолжать заниматься математикой и начать изучение программирования. Вне кружков его ожидает много интересного: математический базис, теория механизмов и машин, реализация алгоритмов автоматической навигации, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, машинное обучение и алгоритмы компьютерного зрения (что-то меня понесло).
Немного о выборе конструкторов
Для каждой возрастной группы имеются свои образовательные платформы и конструкторы, отличающиеся степенью сложности. Сегодня на рынке представлены как зарубежные, так и отечественные наборы, стоимость которых варьирует от 400 до 15 000 гривен.
8-11 летнему ребенку подойдут конструкторы от BitKit, Fischertechnik или (конечно, в ассортименте этих производителей имеются наборы и для взрослых детей). Например, продукция BitKit направлена на изучение электроники (их конструктор Омка я тестировал лично и писал об этом зимой 2016 года – ); Fischertechnik – приближает к настоящей разработке роботов, в их наборах есть и штекеры, и провода, и визуальная среда программирования; Lego предлагает очень известные конструкторы с интересными и яркими деталями, подробной инструкцией и большими возможностями.
Стандартом в области образовательной робототехники являются модули Arduino, а также одноплатный компьютер . Для работы с ними потребуются базовые навыки программирования, но в конечном итоге можно научиться собственными руками создавать всевозможные “умные” устройства – от системы автоматического полива до сигнализации.
Где заниматься робототехникой?
Курсы робототехники для детей в Украине предлагают следующие организации:
курс “Stem Fll” от First Lego League;
курс “Робо-3D Junior” от RoboUa;
курс “Робо-3D” от Lego Mindstorms;
курсы на базе Arduino, Lego и Fischertechnik от Robot School;
курсы для детей от 4х лет от студии МАН;
учебная программа от Boteon;
курс “Подготовка к полету” от Singularity Studio;
курсы от IT-школы “Смарт”.
Самостоятельное обучение: возможно ли?
Для самостоятельного изучения в интернете имеется множество бесплатных онлайн-курсов. Но вряд ли такой формат подойдет ребенку, поэтому дистанционное образование может быть привлекательным исключительно для взрослого человека.
Что касается ребенка, ему в помощь помимо увлекательных и полезных наборов пригодятся книги по робототехнике, а именно:
Брага Ньютон, “Создание роботов в домашних условиях”;
Дуглас Вильямс, “Программируемый робот, управляемый с КПК”;
Оуэн Бишоп, “Настольная книга разработчика роботов”;
Вадим Мицкевич, “Занимательная анатомия роботов”;
Владимир Гололобов, “С чего начинаются роботы”.
Подобных работ очень много. К сожалению, робототехника быстро развивается и актуальность информации в книгах устаревает. Поэтому под рукой всегда должны быть тематический форумы и профильные сайты.
Что в итоге?
В итоге мы получаем очень перспективное направление, которое не стоит ни в коем случае игнорировать. Если у вас есть дети, задумайтесь об их будущем и возможно моя статья на Keddre станет катализатором для поиска подходящих кружков.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Работающий на стыке кибернетики, психологии и бихевиоризма (науки о поведении), и инженер, составляющий алгоритмы для промышленных роботизированных комплексов, среди основных инструментов которого - высшая математика и мехатроника, работают в самой перспективной отрасли ближайших лет - робототехнике. Роботы, несмотря на сравнительную новизну термина, издавна знакомы человечеству. Вот лишь несколько фактов из истории развития умных механизмов.
Железные люди Анри Дро
Еще в мифах Древней Греции упоминались механические рабы, созданные Гефестом для выполнения тяжелых и однообразных работ. А первым изобретателем и разработчиком человекоподобного робота стал легендарный Леонардо да Винчи. До наших дней сохранились подробнейшие чертежи итальянского гения, описывающие механического рыцаря, способного имитировать человеческие движения руками, ногами, головой.
Созданию первых автоматических механизмов с программным управлением положили начало в конце XVΙΙΙ века европейские часовые мастера. Наиболее преуспели на этом поприще швейцарские специалисты отец и сын Пьер-Жак и Анри Дро. Ими создана целая серия ("пишущий мальчик", "рисовальщик", "музыкантша") в основе управления которыми лежали часовые механизмы. Именно в честь Анри Дро в дальнейшем все программируемые человекоподобные автоматы стали называть "андроидами".
У истоков программирования
Основы программирования промышленных роботов были заложены на заре XIX века во Франции. Здесь же и были разработаны первые программы для автоматических текстильных станков (прядильных и ткацких). Стремительно растущая армия Наполеона остро нуждалась в обмундировании и, следовательно, тканях. Изобретатель из Лиона Жозеф Жаккар предложил способ быстрой перенастройки ткацкого станка для производства различных видов продукции. Нередко эта процедура требовала огромного количества времени, колоссальных усилий и внимания целого коллектива. Суть нововведения сводилась к использованию картонных карточек с перфорированными отверстиями. Иглы, попадая в просеченные места, необходимым образом смещали нити. Смена карт быстро проводилась оператором станка: новая перфокарта - новая программа - новый тип ткани или узора. Французская разработка стала прообразом современных автоматизированных комплексов, роботов с возможностью программирования.
Идею, предложенную Жаккаром, с восторгом использовали в своих автоматических устройствах многие изобретатели:
- Начальник статистического управления С. Н. Корсаков (Россия, 1832 г.) - в механизме для сравнивания и анализа идей.
- Математик Чарльз Бэббидж (Англия, 1834 г.) - в аналитической машине для решения широкого круга математических задач.
- Инженер (США, 1890 г.) - в устройстве для хранения и обработки статистических данных (табуляторе). Для заметки: в 1911 году компания. Холлерита получила название IBM (International Business Machines).
Перфокарты были основными носителями информации вплоть до 60-х годов прошлого века.
Своим названием интеллектуальные машины обязаны чешскому драматургу В пьесе "R.U.R.", увидевшей свет в 1920 году, писатель назвал роботом искусственного человека, созданного для тяжелых и опасных участков производства (robota (чешск.) - каторга). А что отличает робота от механизмов и автоматических устройств? В отличие от последних, робот не только выполняет определенные действия, слепо следуя заложенному алгоритму, но и способен более тесно взаимодействовать с окружающей средой и человеком (оператором), адаптировать свои функции при изменении внешних сигналов и условий.
Принято считать, что первый действующий робот был сконструирован и реализован в 1928 году американским инженером Р. Уэнсли. Человекоподобный "железный интеллектуал" получил имя Герберт Телевокс. На лавры пионеров претендуют также ученый-биолог Макото Нисимура (Япония, 1929 г.) и английский военнослужащий Уильям Ричардс (1928 г.). Созданные изобретателями антропоморфные механизмы имели схожий функционал: способны были двигать конечностями и головой, выполнять голосовые и звуковые команды, отвечать на простые вопросы. Основным предназначением устройств была демонстрация научно-технических достижений. Очередной виток в развитии технологий позволил в скором времени создать и первых индустриальных роботов.
Поколение за поколением
Разработка робототехники представляет собой непрерывный, поступательный процесс. К настоящему моменту сформировались три ярко выраженных поколения "умных" машин. Каждое характеризуется определенными показателями и сферами применения.
Первое поколение роботов создавалось для узкого вида деятельности. Машины способны выполнять только определенную запрограммированную последовательность операций. Устройства управления роботами, схемотехника и программирование практически исключают автономное функционирование и требуют создания специального технологического пространства с необходимым дополнительным оборудованием и информационно-измерительными системами.
Машины второго поколения называют очувствленными, или адаптивными. Программирование роботов осуществляется с учетом большого набора внешних и внутренних сенсоров. На основе анализа информации, поступающей с датчиков, вырабатываются необходимые управляющие воздействия.
И наконец, третье поколение - интеллектуальные роботы, которые способны:
- Обобщать и анализировать информацию,
- Совершенствоваться и самообучаться, накапливать навыки и знания,
- Распознавать образы и изменения ситуации, и в соответствии с этим выстраивать работу своей исполнительной системы.
В основе искусственного интеллекта лежит алгоритмическое и программное обеспечение.
Общая классификация
На любой представительной современной выставке роботов многообразие "умных" машин способно поразить не только простых обывателей, но и специалистов. А какие бывают роботы? Наиболее общую и содержательную классификацию предложил советский ученый А. Е. Кобринский.
По назначению и выполняемым функциям роботов подразделяют на производственно-промышленные и исследовательские. Первые, в соответствии с характером выполняемых работ, могут быть технологическими, подъемно-транспортными, универсальными или специализированными. Исследовательские предназначены для изучения областей и сфер, опасных или недоступных для человека (космическое пространство, земные недра и вулканы, глубоководные слои мирового океана).
По типу управления можно выделить биотехнические (копирующие, командные, киборги, интерактивные и автоматические), по принципу - жестко программируемые, адаптивные и гибко программируемые. Бурное развитие современной предоставляет разработчикам практически безграничные возможности при проектировании интеллектуальных машин. Но отличное схемное и конструктивное решение будет служить лишь дорогостоящей оболочкой без соответствующего программного и алгоритмического обеспечения.
Чтобы кремний микропроцессора смог взять на себя функции мозга робота, необходимо "залить" в кристалл соответствующую программу. Обычный человеческий язык не способен обеспечить четкую формализацию задач, точность и надежность их логической оценки. Поэтому требуемая информация представляется в определенном виде с помощью языков программирования роботов.
В соответствии с решаемыми задачами управления выделяют четыре уровня такого специально созданного языка:
- Низший уровень используется для управления исполнительными приводами в виде точных значений линейного или углового перемещения отдельных звеньев интеллектуальной системы,
- Уровень манипулятора позволяет осуществлять общее управление всей системой, позиционируя рабочий орган робота в координатном пространстве,
- Уровень операций служит для формирования рабочей программы, путем указания последовательности необходимых действий для достижения конкретного результата.
- На высшем уровне - заданий - программа без детализации указывает что надо сделать.
Робототехники стремятся свести программирование роботов к общению с ними на языках высшего уровня. В идеале оператор ставит задачу: "Произвести сборку двигателя внутреннего сгорания автомобиля" и ожидает от робота полного выполнения задания.
Языковые нюансы
В современной робототехнике программирование роботов развивается по двум векторам: роботоориентированное и проблемно ориентированное программирование.
Наиболее распространенные роботоориентированные языки - AML и AL. Первый разработан фирмой IBM только для управления интеллектуальными механизмами собственного производства. Второй - продукт специалистов Стэндфордского университета (США) - активно развивается и оказывает существенное влияние на формирование новых языков этого класса. Профессионал легко разглядит в языке характерные черты Паскаля и Алгола. Все языки, ориентированные на роботов, описывают алгоритм, как последовательность действий "умного" механизма. В связи с этим программа зачастую выходит очень громоздкой и неудобной в практической реализации.
При программировании роботов на проблемно ориентированных языках, в программе указывается последовательность не действий, а целей или промежуточных позиций объекта. Наиболее популярным в этом сегменте является язык AUTOPASS (IBM), в котором состояние рабочей среды представлено в виде графов (вершины - объекты, дуги - связи).
Обучение роботов
Любой современный робот представляет собой обучаемую и адаптивную систему. Вся необходимая информация, включающая знания и умения, передается ей в процессе обучения. Это осуществляется, как непосредственным занесением в память процессора соответствующих данных (детальное программирование - семплинг), так и с использованием сенсоров робота (методом наглядной демонстрации) - все движения и перемещения механизмов робота заносятся в память и затем воспроизводятся в рабочем цикле. Обучаясь, система перестраивает свои параметры и структуру, формирует информационную модель внешнего мира. Это и есть основное отличие роботов от автоматизированных линий, промышленных автоматов с жесткой структурой и других традиционных средств автоматизации. Перечисленные методы обучения обладают существенными недостатками. Например, при семплинге перенастройка требует определенного времени и труда квалифицированного специалиста.
Весьма перспективной выглядит программа для программирования роботов, представленная разработчиками Лаборатории информационных технологий при Массачусетском технологическом институте (CSAIL MIT) на международной конференции промышленной автоматизации и робототехники ICRA-2017 (Сингапур). Созданная ими платформа C-LEARN обладает достоинствами обоих методов. Она предоставляет роботу библиотеку элементарных движений с заданными ограничениями (например, усилие хвата для манипулятора в соответствии с формой и жесткостью детали). В то же время, оператор демонстрирует роботу ключевые движения в трехмерном интерфейсе. Система, исходя из поставленной задачи, формирует последовательность операций для выполнения рабочего цикла. C-LEARN позволяет переписать существующую программу для робота другой конструкции. Оператору при этом не требуются углубленные знания в области программирования.
Робототехника и искусственный интеллект
Специалисты Оксфордского университета предупреждают, что в ближайшие два десятилетия машинные технологии заменят более половины сегодняшних рабочих мест. Действительно, роботы давно уже трудятся не только на опасных и трудных участках. Например, программирование значительно потеснило брокеров-людей на мировых биржах. Несколько слов об искусственном интеллекте.
В представлении обывателя это антропоморфный робот, способный заменить человека во многих сферах жизни. Отчасти так и есть, но в большей степени искусственный интеллект - это самостоятельная отрасль науки и технологии, с помощью компьютерных программ, моделирующая мышление "Homo sapiens", работу его мозга. На сегодняшнем этапе развития ИИ больше помогает людям, развлекает их. Но, по прогнозам экспертов, дальнейший прогресс в области робототехники и искусственного интеллекта может поставить перед человечеством целый ряд морально-этических и юридических вопросов.
В этом году на выставке роботов в Женеве самый совершенный андроид София заявила, что учится быть человеком. В октябре София впервые в истории искусственного интеллекта была признана гражданкой Саудовской Аравии с полноценными правами. Первая ласточка?
Основные тенденции робототехники
В 2017 году специалисты цифровой индустрии отметили несколько выдающихся решений в области технологий виртуальной реальности. Не осталась в стороне и робототехника. Очень перспективным выглядит направление совершенствующее управление сложным робомеханизмом через виртуальный шлем (VR). Эксперты пророчат востребованность такой технологии в бизнесе и промышленности. Вероятные сценарии использования:
- Управление беспилотной техникой (складскими погрузчиками и манипуляторами, дронами, трейлерами),
- Проведение медицинских исследований и хирургических операций,
- Освоение труднодоступных объектов и областей (дно океана, полярные области). Кроме того, программирование роботов позволяет им осуществлять и автономную работу.
Еще один популярный тренд - connected car. Совсем недавно представители гиганта Apple заявили о старте разработок собственного "беспилотника". Все больше фирм выражают свою заинтересованность в создании машин, способных самостоятельно перемещаться по пересеченным трассам, сохраняя грузы и оборудование.
Возрастающая сложность алгоритмов программирования роботов и машинного обучения предъявляет повышенные требования к вычислительным ресурсам и, следовательно, к "железу". По-видимому, оптимальным выходом в этом случае будет подключение устройств к облачной инфраструктуре.
Важное направление - когнитивная робототехника. Стремительный рост количества "умных" машин заставляет разработчиков все чаще задумываться о том, как научить роботов слаженно взаимодействовать.