Учитель Андрей Балобанов — о подводной робототехнике без подводных камней
Создавать роботов, которые перемещаются по земле, ребенка научат в любом научно-техническом кружке. Собирать летающих роботов — в каждом втором. Но слышали ли вы хоть что-нибудь про курсы подводной робототехники? Да-да, и такая существует.
Мы попросили Андрея Балобанова — учителя в робототехническом инженерном центре Губернаторского физико-математического лицея № 30 в Санкт-Петербурге и на курсах «Океаники» — рассказать, чему детей учат на занятиях по подводной робототехнике.
Подводное строительство зародилось еще во времена Леонардо да Винчи и его проекта подводной лодки, который, правда, так и не суждено было реализовать. В XX веке подводную робототехнику стали массово развивать во всем мире: появился экспериментальный проект подводного аппарата для исследовательских задач на шельфе, первый проект для океанографических исследований и геологической разведки морского дна и множество других.
Даже сейчас, в 2022 году, каждый, чья работа связана с подводным пространством, скажет вам — «океан таит в себе больше загадок, чем космос». Чтобы эти загадки разгадывать, инженеры исследуют подводное пространство с помощью специальных роботов. А мы — обучаем этих юных инженеров.
И океан очистить, и трубы починить
Подводная робототехника прививает детям бытовые навыки. Когда ребенок создает обычного робота, он не задумывается — а будет ли тот пропускать воздух? Как повлияют на него аэродинамические условия? В то время как одна из основных проблем, с которой сталкиваются ребята в подводной робототехнике, — герметизация. Дети постоянно подбирают новые материалы и способы, как сделать робота водонепроницаемым. В будущем навык герметизации поможет им в быту. Например, в починке сантехники.
Помимо развития стандартных робототехнических навыков (программирования и конструирования) на занятиях мы преследуем экологические цели — ведь решать проблему загрязнения океанов нам с ними придется уже в ближайшем будущем. На занятиях дети учатся создавать вспомогательные устройства для подводных роботов: пробоотборники воды (батометры), экологические модули для биохимического анализа. Эти устройства помогают ускорить и облегчить процесс анализа и сбора образцов. Еще роботов, которых создают ребята, можно использовать на рыбных фермах для ремонта повреждений.
Среди моих учеников есть энтузиасты, которые работают над экологическим модулем для моментального биохимического анализа воды.
Юные создатели подлодок
Самое большое препятствие для робота — водная среда. Она специфична, постоянно меняется, отчего приходится учитывать множество факторов: сопротивление воды, подводные течения и волнения.
Чем дети занимаются на моих уроках? Решают проблемы телеуправления и автономного управления аппаратов. Говоря простым языком, учатся управлять роботом на расстоянии, ориентироваться в пространстве и заставлять робота что-то взять или распознать под водой. Все это — при помощи датчиков и камер, установленных на роботе, и заранее написанного кода.
План занятий по подводной робототехнике:
— введение в робототехнику;
— теория: физические основы взаимодействия с водной средой;
— теория электроники;
— мореходные качества судов;
— практика: как собирать/разбирать робота, изучаем детали робота и особенности его сборки;
— миссия подводных роботов о целях подводной робототехники;
— подготовка к соревнованиям, защите проектов (навыки выступления и речи).
Чтобы проверить, насколько робот хорош под водой, на уроках мы погружаем его в бассейн или аквариум, но при проверке кода не всегда удобно использовать реального робота, так как для загрузки необходимо доставать аппарат из воды, снова подключать его к компьютеру и загружать новую версию программы. Для экономии времени существует симулятор, в котором можно настроить характеристики робота и проверить программу в виртуальном бассейне. Чтобы воспользоваться симулятором, достаточно загрузить на компьютер специальное приложение.
Я рекомендую отводить на занятия детей старше 12 лет. Несмотря на то, что существуют соревнования по подводной робототехнике для 1-4 классов, семилетке в полном объеме понять информацию будет сложновато. Особенно это касается блока с программированием.
Битва роботов
Главная цель ребенка на соревнованиях — собрать герметичного робота, чтобы в него не попала вода при погружении. Если под водой робот замкнет и задымится, ребятам нужно быстро починить его и погрузить снова. В моменте понять, что именно пошло не так, бывает непросто.
Если робот способен при помощи программы, которую написали ребята, нормально ориентироваться под водой, адаптироваться под ее условия и выполнить задания — то это нереально круто.
Соревнования по подводной робототехнике делят на две категории:
- телеуправляемые — когда участник управляет роботом при помощи пульта;
- автономные — когда ребенок программирует робота для самостоятельного выполнения задач под водой. Такие соревнования обязательно проводятся на площадках, где есть бассейны.
В прошлом году мы с ребятами участвовали в региональном этапе международного конкурса MATE ROV в категории автономных неуправляемых подводных роботов.
Мы заранее собрали робота и написали код, который запустил действия робота, опробовали его в симуляторе. Потом приехали на площадку с бассейном, на бортиках которого были приклеены бумажки с точками. Роботу нужно было погрузиться в воду, проплыть вперед и напротив каждой картинки, мигнуть светодиодами столько раз, сколько точек было изображено. В некоторых случаях — покрутиться и вернуться обратно на старт.
От разговоров к действиям
Существует заблуждение, что дети в школе не могут работать с серьезными техническими проектами, потому что школьная программа не способна дать им достаточно знаний и компетенций. Это уже давно не так — в современных школах технические прикладные навыки детей развивают уже с раннего возраста. Например, внедряя робототехнику в школьные уроки.
Подводное направление в рамках основной школьной программы в России пока не преподают, но если у ребенка есть желание изучать подводный мир изнутри — вот несколько курсов, на которые можно его отдать:
- робототехнический инженерный центр Губернаторского физико-математического лицея №30, Санкт-Петербург;
- Центр развития робототехники, Владивосток;
- курс «Океаники» по подводной робототехнике, Санкт-Петербург;
- лаборатория робототехники в Доме детского творчества на 9 линии, Санкт-Петербург;
- биокванториум 642 гимназии, Санкт-Петербург.
Блок для родителей. А поступать куда?
Навыки, которые ребенок получит на курсах робототехники, позволят ему поступить в любой технический вуз. Так как подводная робототехника включает в себя много дисциплин, остается только выбирать. Нравится кодить — иди в программисты. Можно стать инженером, электротехником, машиностроителем — горизонты широкие.
В Санкт-Петербурге, где учился и преподаю я, есть вузы с направлениями по робототехнике:
До встречи на занятиях :)