Что такое робототехника? Классификация и области применения роботов

Робототехника — отдел прикладной науки, который занимается проектированием, производством и применением автоматизированных технических систем — роботов. Робот — это программируемое механическое устройство, способное действовать без помощи человека.

Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком либо животными. При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

Роботы бывают манипуляционными и мобильными:

За исполнение действий манипуляционного робота отвечает манипулятор с несколькими степенями подвижности и устройство программного обеспечения. Манипуляционные роботы получили большое распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.
Мобильный робот более подвижен, чем манипуляционный, поскольку у него есть движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами — «мышцами» роботов.

Классификация мобильной робототехники по типу перемещения

Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными.

Робототехника может перемещаться по любой поверхности, в воде и в воздухе. Так, по типу передвижения роботы бывают:

Колесные и гусеничные (наиболее распространенный вид роботов);
Шагающие;
Летающие — автопилоты и беспилотные летательные аппараты;
Ползающие — передвигаются по принципу змей и червей и применяются для поиска людей под обломками рухнувших зданий;
Плавающие — перемещаются в воде, подражая движениям рыб, и тем самым становятся бесшумными и очень маневренными;
Передвигающиеся по вертикальным поверхностям — действуют по принципу человека, взбираясь на стену с помощью выступов, или же с помощью специальных присосок.

Лидерами в производстве роботов на данный момент являются компании FANUC (Япония), KUKA (Германия) и ABB (Швеция, Швейцария).

Классы роботов

Манипуляционный робот

— автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.

Мобильный робот

— автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы.

Пример устройства робота — элементы и конструкция

Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:

Рама или тело робота;
Блок управления;
Манипуляторы;
Ходовая часть.

Тело/рама: Тело, или рама, робота может иметь любую форму и размер. Изначально, тело/рама обеспечивает конструкцию робота. Большинство людей знакомы с человекоподобными роботами, используемыми для съемок кинофильмов, но в действительность большинство роботов не имеют ничего общего с человеческим обликом. (Робонафт НАСА, представленный в предыдущем разделе, является исключением). Как правило, в проекте робота внимание уделяется функциональности, а не внешности.
Система управления: Система управления робота является эквивалентом центральной нервной системы человека. Она предназначена для координирования управления всеми элементами робота. Датчики реагируют на взаимодействие робота с внешней средой. Ответы датчиков отправляются в центральный процессор (ЦП). ЦП обрабатывает данные с помощью программного обеспечения и принимает решения на базе логики. То же самое происходит при вводе пользовательской команды.
Манипуляторы: Для выполнения задачи большинство роботов взаимодействует с внешней средой, а также окружающим миром. Иногда требуется перемещение объектов внешней среды без непосредственного участия со стороны операторов. Манипуляторы не являются элементом базовой конструкции робота, как его тело/рама или система управления, то есть робот может работать и без манипулятора. В настоящем учебном курсе акцент делается на тему манипуляторов, особенно блок 6.
Ходовая часть: Хотя некоторые роботы могут выполнять поставленные задачи, не изменяя свое местоположение, зачастую от роботов требуется способность перемещаться из одного места в другое. Для выполнения данной задачи роботу необходима ходовая часть. Ходовая часть представляет собой приводное средство перемещения. Роботы-гуманоиды оснащены ногами, тогда как ходовая часть практически всех остальных роботов реализована с помощью колес.

Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.

На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.

Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.

Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.

Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.

Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.

Подвиды современных роботов:

Промышленные роботы

Медицинские роботы

Бытовые роботы
Роботы для обеспечения безопасности
Боевые роботы

Роботы-учёные

К настоящему времени роботы внедрены во многие сферы деятельности человека и продолжают дополнять и иногда заменять людской труд как в опасных видах деятельности, так и в повседневной жизни.
робототехника

Основные компоненты робототехники

Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:

Внутренний контроллер. Каждый робот оснащен контроллером — компьютерной операционной системой. Контроллер — это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.

Источник энергии. Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.

Дистанционное управление. Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли.

Сенсоры света и звука. С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.

Датчики давления. Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров два назначения: они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.

Приводы — это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух. Перечислим все основные варианты приводов для робототехники:

Двигатели постоянного тока: В настоящий момент большинство роботов используют электродвигатели, которые могут быть нескольких видов.
Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определенный угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как контроллеру точно известно, на сколько был сделан поворот. В связи с этим они часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.
Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы совершенно отличается: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.
Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.
Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Однако, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все неэффективны или непрочны.
Эластичные нанотрубки: Это многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этому волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменен проводом из такого материала диаметром 8 мм. Такие компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

С чего начать

Если родители видят в сыне или дочери интерес к механическим устройствам и понимают перспективность робототехники, но не знают с чего начать обучение, они могут записать ребенка в соответствующий кружок.

Начать посещать занятия по робототехнике целесообразно с 9-12 лет, когда юный любитель механики уже способен воспринимать абстрактные понятия. Заинтересованность в техническом творчестве и дополнительные занятия по математике существенно улучшат способности к проектированию механизмов.

В ранней юности (8-9 классы) кружок уже не так важен, следует приложить усилия к изучению математики, информатики, физики, сосредоточиться на программировании, выйти за рамки школьной программы по этим предметам.

Хорошо, если будущий специалист ознакомится с линейной алгеброй, комплексным исчислением, теорией вероятности. В этом случае он будет иметь представление, для чего стоит уделять этим дисциплинам особое внимание в университете.

Роботизированные конструкторы

Развивающий конструктор следует подбирать в соответствии с возрастом ребенка, его предпочтениями и финансовыми возможностями.

Существуют конструкторы, с помощью которых можно собрать роботов, функционирующих на солнечной энергии. Такой набор поможет ребенку ознакомиться с механикой и получить представление об источниках энергии.

Высока популярность конструкторов LEGO Education, наборы этого производителя занимательны как для детсадовцев, так и для студентов. Детали LEGO интересны, легко собираются, для ребенка важна и красочность фигурок этого конструктора.

Версия Lego Mindstorms EV3 имеет двойное назначение:

для детей и любителей (версия Home);
для учащихся и учителей (версия Education).

Из деталей этой серии знаменитого датского производителя конструкторов ребенок может не только собрать роботов, но и помощью несложного программирования оживить свои творения.

Лего-роботы будут двигаться, преодолевать препятствия, реагировать на внешние раздражители и выполнять множество других задач, которые поставит перед ними пользователь.

Наряду с Lego Mindstorms освоить азы робоконструирования и программирования помогут конструкторы Meccanо, детали которого напоминают старый добрый советский металлический конструктор, однако, изготовлены они, в большинстве своем, из цветного пластика.

Серия этого бренда представлена роботизированными животными: пауком, который способен патрулировать местность, обходить препятствия, следовать заданному маршруту, «плеваться» паутиной, и робо-динозавром, который может утвердительно или отрицательно отвечать на вопросы, передвигаться и издавать грозный «рык».

Кроме того, производитель выпускает версию конструктора, из деталей которого можно собрать робота Мекканойда ростом с первоклассника (122 см), а также его уменьшенную копию (61 см). Робот способен гулять с хозяином, держась за руку, танцевать, показывать элементы Кунг-Фу, шутить, делать зарядку, повторять движения и многое другое.

Что интересно, характер робота формируется в соответствии с поведением пользователя. Программное обеспечение, предназначенное для робота, имеет русскоязычную версию, поэтому Мекканойд может говорить на русском языке.

Основы электроники

С основами электроники дети могут ознакомиться еще в первом классе. В этом может помочь конструктор для младшего возраста «Знаток». Результатом его освоения станет умение ребенка собирать несложные электронные схемы, такие как светодиодный фонарик, радио, охранная сигнализация и др.

Пользуются любовью среди школьников конструкторы на основе Arduino Uno серии «Матрешка». Эти обучающие наборы предназначены для детей от 14 лет. Помимо комплектующих, они оснащены отличными уроками по созданию электронных устройств.

Базовое программирование

Программирование является важнейшим навыком для инженера-робототехника. Изучать программирование, как и любую дисциплину, полагается от простого к сложному. Так, софт для Lego Mindstorms имеет интуитивно понятный интерфейс и красочную оболочку.

Пониманию базового программирования может помочь изучение языков Scratch, Blockly. Манипуляции с их интерфейсом дети воспринимают как занятную игру. Цветные блоки перемещают на компьютере или планшете в нужном порядке, тем самым устройству ставятся разные задачи.

Изучение этих языков дает возможность ребенку подняться на другую ступень сложности в программировании – созданию текстовых редакторов.

Области применения робототехники

Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:

Промышленность: промышленные роботы;
Исследовательская деятельность: роботы-ученые, исследователи;
Боевые роботы: безпилотники, роботы-саперы, охрана и безопасность;
Нанотехнологии: микро- и нано-роботы в исследовательских и медицинских целях;
Домашние технологии: бытовые роботы, пылесосы, мойщики окон и персональные.

В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.

Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.

Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.

Способы перемещения

Колёсные и гусеничные роботы

Шагающие роботы

Другие методы перемещения:

Летающие роботы (в том числе БПЛА – беспилотные летательные аппараты).
Ползающие роботы.
Роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям.
Плавающие роботы.

Какие знания необходимы для создания робототехники?

Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.

Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.

Затем идут информатика и проектирование. Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты. Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.

Основные направления в изучении робототехнике:

Машиностроение
изучает физические составляющие робота — его «тело». Подтемы — механика и сопротивление материалов. Большинство курсов в этом направлении ориентированы на физический дизайн и приведение робота в действие.
Электротехника и электроника
или «нервная система» занимаются электрическими системами внутри робота, встроенными системами, низкоуровневым программированием и теорией управления. Обычно это автоматизация, которая строится вокруг контроля робота.
Информатика
— многие специалисты пришли в робототехнику благодаря увлечению компьютерными науками. Инженеры этого направления концентрируются на программном обеспечении робота и высокоуровневом программировании. Среди тем — искусственный интеллект, навигация, техническое зрение, обработка естественного языка и так далее.

Направления в науке

Основное назначение робототехники состоит в разработке роботов – умных механизмов, выполняющих монотонные, тяжелые и опасные для человека операции. Такая нацеленность связывает ее со многими областями деятельности.

В результате научного развития появились направления:

строительное;
промышленное;
авиационное;
медицинское;
бытовое.

Кроме того, существует экстремальное направление в робототехнике. Роботизированные устройства этого типа применяются в военном деле, космических и подводных исследованиях.

История развития робототехники за последние 100 лет

Краткая история становления и развития робототехники с указанием самых значимых событий и разработок:

1913 год. Создание Чарльзом Маколи машины, находящей решения логических проблем.
1921 год. Первое упоминание слова «робот» (robota с чешского) в пьесе «R.U.R.» Пьеса была написана Карелом Чапеком в 1920 году («R.U.R» с чеш.яз. Rossumovi univerzalna roboti, «Россумские универсальные роботы»). 25 января 1921 года состоялся премьерный показ пьесы.
1934 год. Создание индустриального конвейерного робота для покраски поверхностей.
1946 год. Презентация механизма управления машинами посредствам магнитного записывающего устройства.
1950-е года. Активная разработка механических манипуляторов, которые копировали движение человеческих рук для внедрения на радиоактивные производства.
1963 год. На выставке в Калифорнии представлена искусственная рука Rancho Arm, сопоставимая с человеческой.
1971 год. Изобретение первого в мире микропроцессора.
1980 год. Сильнейший скачок роста рынка робототехники, произошедший благодаря коммерческой реализации японских роботов, производимых на базе высоких технологий.
1992 год. К Марку Торпу, в ходе разработки робота-пылесоса, приходит мысль организовать бои роботов.
2000 год. Компания Electrolux в эфире телеканала BBC представила робот-пылесос Trilobite, который самостоятельно передвигался по помещению и собирал пыль.
2001 год. Изобретение гибкого дисплея FOLED, в котором был использован гибкий пластик (или металлическая пластина) в качестве подложки.
2002 год Ознаменовался началом эры планшетов, у истоков которой стоял Microsoft Tablet PC – первый планшетный компьютер.
2003 год. В свет выходит QRIO. Детский робот, в котором заложена основа адаптивного поведения, может держать равновесие, стоя на одной ноге, использует в речи более 60 000 слов и танцует.
2003 год. Через 4 года после изобретения робота-пылесоса Trilobite, компания Electrolux выпускает второе поколение этой модели. Усовершенствования коснулись не только дизайна, но и функционала: он «научился» объезжать препятствия, «знал» когда нужно возвращаться к зарядному устройству, при этом уровень шума был значительно снижен.
2004 год. Марк Тилден создает первую коммерчески успешную игрушку робота Robosapien.
2005 год. Военная робототехника прославилась изобретением PackBot с системой REDOWL. Противоснайперская программа различала звук выстрела среди всех остальных и точно определяла координаты стрелявшего. Затем, производилось наведение лазерного прицела на цель.
2006 год. Лаборатория NEC System Technologies представила робота-дегустатора. Помимо возможности распознать продукт, он давал советы по сочетанию закусок и напитков менее чем за полминуты.
2007 год. Испытания тестового робота-милиционера Р-БОТ 001, проводимые МВД России в городе Пермь.
2008 год. В Европейском совете ядерных исследований разработали проект Большого адронного коллайдера, предназначенного для изучения продуктов соударений на высокой скорости протонов и тяжёлых ионов.
2009 год. Создание первого биологического 3D-принтера, способного на микроуровне воссоздавать архитектуру ткани организма.
2010 год. Корейская фирма Ilshim Global презентует первого в мире робота для мойки окон Windoro, который самостоятельно определяет размер поверхности и выстраивает маршрут.
2011 год. Доставлен на МКС робот НАСА Робонавт-2.
2011 год. Компания Inventist под началом Шейна Чена патентует первое моноколесо Solowheel, отличающееся от более ранних аналогов отсутствием сиденья и наличием системы гироскопов. Новшества позволили наладить массовое производство устройства.
2012 год. Военные научные разработки в области взрывчатых веществ привели к открытию самой мощной на сегодняшний день взрывчатки — гексанитрогексаазаизовюцитан.
2013 год. На Международную Космическую Станцию прибывает робот-астронавт японского производства.
2013 год. Запатентовано первое двухколёсное самобалансировочное средство передвижения – гироскутер.
2014 год. Беспроводная электроэнергия. Первые удачные испытания катушки, генерирующей электрическое поле. Это изобретение позволяет в радиусе 2,5 метров заряжать электронные устройства, освобождая их от розетки и проводов.
2015 год. Настоящим переворотом в электрическом автомобилестроении стала презентация внедорожника Tesla Model X, который способен без подзарядки преодолеть 402 км. А разгон до 100 км/ч осуществляется за 3 секунды.
2016 год. Исследования в области медицины, направленные на помощь людям, страдающим когнитивными расстройствами, привели к появлению коллекции посуды Eatwell Assistive Tableware. Она разработана с учётом всех особенностей приёма пищи людей с болезнью Альцгеймера.
С 2022 года. Основное направление робототехники – это прогресс искусственного интеллекта. Главная цель разработок – приучение ИИ к саморазвитию, мгновенному приспосабливанию к изменяющимся факторам внешней среды и поиск оптимального решения поставленных задач.

Как выбирать курсы для занятий робототехникой?

При записи на курсы обратите внимание на педагога, рекомендует коммерческий директор компании Promobot Олег Кивокурцев. «Бывают прецеденты, когда педагог просто отдает ребятам оборудование, а дальше занимайтесь кто чем хочет», — согласна с Олегом Татьяна Волкова. От таких занятий толку будет мало.

Татьяна Волкова: Хороший педагог — тот, кто учит детей новым понятиям на достаточном уровне абстракции вне зависимости от используемого оборудования, а не только «сейчас нажать туда, здесь написать это»».

При выборе курсов также стоит обратить внимание и на имеющуюся материально-техническую базу. Есть ли там конструкторские наборы (не только Lego), имеется ли возможность писать программы, изучать механику и электронику, самому делать проекты. На каждую пару учащихся должен быть свой робототехнический комплект. Желательно с дополнительными деталями (колесами, шестернями, элементами каркаса), если хочется участвовать в соревнованиях. Если с одним набором работает сразу несколько команд то, скорее всего, никаких серьезных соревнования не предполагается.

Поинтересуйтесь, в каких соревнованиях участвует клуб робототехники. Помогают ли эти конкурсы закрепить полученные навыки и дают ли возможность для дальнейшего развития.

Соревнование Robocup 2014

Где можно получить образование по робототехнике?

GeekUniversity совместно с Mail.ru Group открыли первый в России факультет Искусственного интеллекта преподающий программирование для робототехники.

Для учебы достаточно школьных знаний. У вас будут все необходимые ресурсы и инструменты + целая программа по высшей математике. Не абстрактная, как в обычных вузах, а построенная на практике. Обучение познакомит вас с технологиями машинного обучения и нейронными сетями, научит решать настоящие бизнес-задачи.

После учебы вы сможете работать по специальностям:

Искусственный интеллект,
Машинное обучение,
Нейронные сети,
Анализ больших данных.

Особенности обучения в GeekUniversity

Через полтора года практического обучения вы освоите современные технологии Data Science и приобретете компетенции, необходимые для работы в крупной IT-компании. Получите диплом о профессиональной переподготовке и сертификат.

Обучение проводится на основании государственной лицензии № 040485. По результатам успешного завершения обучения выдаем выпускникам диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат на портале GeekBrains и Mail.ru Group.

Проектно-ориентированное обучение

Обучение происходит на практике, программы разрабатываются совместно со специалистами из компаний-лидеров рынка. Вы решите четыре проектные задачи по работе с данными и примените полученные навыки на практике. Полтора года обучения в GeekUniversity = полтора года реального опыта работы с большими данными для вашего резюме.

Наставник

В течение всего обучения у вас будет личный помощник-куратор. С ним вы сможете быстро разобраться со всеми проблемами, на которые в ином случае ушли бы недели. Работа с наставником удваивает скорость и качество обучения.

Основательная математическая подготовка

Профессионализм в Data Science — это на 50% умение строить математические модели и еще на 50% — работать с данными. GeekUniversity прокачает ваши знания в матанализе, которые обязательно проверят на собеседовании в любой серьезной компании.

Какие конструкторы выбрать?

Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности. Можно найти как зарубежные, так и отечественные продукты. Есть дорогие наборы для робототехники (в районе 30 тыс. руб. и выше), есть и подешевле, совсем простые (в пределах 1-3 тыс. руб.).

Если ребенку 8-11 лет, можно купить конструкторы Lego или Fischertechnik (хотя, конечно, производители имеют предложения как для более младшего, так и для старшего возрастов). Конструктор Lego для робототехники обладает интересными деталями, яркими фигурками, он легок в сборке и снабжен подробной инструкцией. Серия конструкторов Fischertechnik для робототехники приближает к настоящему процессу разработки, здесь вам и провода, и штекеры, и визуальная среда программирования.

В 13-14 лет можно начать работать с ТРИК или модулями Arduino, которые, по словам Татьяны Волковой, является практически стандартом в области образовательной робототехники, а также Raspberry. ТРИК сложнее Lego, но легче Arduino и Raspberry Ri. Последние две уже требуют базовых навыков программирования.

В какие вузы идти учиться?

Направления, связанные с робототехникой, можно найти в следующих вузах:

— Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ);

— Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;

— Московский государственный технологический университет «Станкин»;

— Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва);

— Сколковский институт науки и технологий (Москва);

— Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II;

— Московский государственный университет пищевых производств;

— Московский государственный университет леса;

— Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СГУАП);

— Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО);

— Магнитогорский государственный технический университет;

— Омский Государственный технический университет;

— Саратовский государственный технический университет;

— Университет Иннополис (Республика Татарстан);

— Южно-Российский федеральный университет (Новочеркасский ГТУ).

Роботы, которых создали школьники

В качестве примера о пользе занятий робототехникой расскажем об одаренных школьниках и изобретениях, которые им удалось создать.

Новороссиец Михаил Вульф, когда учился в 10 классе, изобрел робота для спасения утопающих. Его проект состоял из двух составляющих: катамаран с прикрепленной сеткой и манипулятор, способный вытащить из воды тонущего человека.
Федор Носков, старшеклассник из города Челябинска создал робота-поводыря, который с помощью ультразвукового сенсора распознавал и «обходил» препятствия и даже умел «слышать» голосовые команды. Интересно то, что в своей работе Федор использовал материалы только отечественного производства.
Работа шестнадцатилетнего школьника из столицы Беларуси Александра Дубовицкого – робот-уборщик. Рукой-манипулятором детище Александра умеет вытирать пыль, подметать полы, убирать разбросанные игрушки и даже способен принести хозяину тапочки не хуже верного пса.

Робототехника в школе

Школьники, впервые столкнувшись с проектированием таких роботов, не чувствуют напряжения или неуверенности. Напротив, они легко погружаются в процесс обучения, поскольку еще в детском саду привыкли к свободному конструированию при помощи кубиков Lego.

Оборудовать в школе класс робототехники, значит непросто дать ученикам возможность практиковать навыки конструирования и программирования на оборудовании мирового уровня, но получить следующие преимущества:

Возможность участия российских школьников в международных соревнованиях, что повышает престиж инженерной деятельности в школе и может привлечь внешние инвестиции.
Подробные материалы для педагога, позволяющие работать с роботами без специальной квалификации и максимально быстро и эффективно выстраивать учебный процесс.
Междисциплинарный проектный подход дидактических программ и нацеленность на преемственность в обучении.
Высокое качество образовательного и материального компонентов.
Доступные комплектующие детали и дополнительные ресурсные наборы.
Компактное оборудование, удобное для транспортировки и хранения.

Образовательный робототехнический конструктор — это непросто детский набор для игры. Это полноценный образовательный материал. Для школьников с 10 лет такие наборы обычно дополняют вспомогательными материалами — учебником, рабочей тетрадью. Для дошкольников и учеников начальной школы наборы более простые, но они тоже представляют собой непросто игрушки, а соответствующие возрастной категории образовательные материалы. С одной стороны, ребенок играет, он конструирует забавного робота, которого можно научить чему-то и задать ему определенные функции, а с другой — идет интенсивный процесс обучения на практике — математика, черчение, физика, механика, информатика и программирование становятся ближе и понятнее для ребенка.
Для начинающих наборы более простые, они дают основы механики, логики, учат ребенка собирать моторчики и отдельные элементы сложного. Для более «продвинутых» пользователей наборы более большие и разнообразные, они позволяют непросто собрать механизм, но и задать ему модель поведения и определенные функции.

Как изучать робототехнику самостоятельно?

Курсы требуют денег и времени. Если первого не хватает и регулярно ходить куда-либо не получится, можно заняться с ребенком самостоятельным изучением. Важно, чтобы родители обладали необходимой компетенцией в этой сфере: без помощи родителя, ребенку освоить робототехнику будет достаточно сложно, предостерегает Олег Кивокурцев.

Найдите материал для изучения. Их можно брать в Интернете, из заказываемых книг, на посещаемых конференциях, из журнала «Занимательная робототехника». Для самостоятельного изучения есть бесплатные онлайн-курсы, например, «Строим роботов и другие устройства на Arduino: от светофора до 3D-принтера».

Отличие робототехники для детей от профессиональной взрослой

Детская робототехника ставит перед собой задачу научить детей самой дисциплине, а опытные специалисты решают конкретные «взрослые» задачи.

Малыши начинают занятия с самых простейших действий: разбираются с моторами, заставляют робота двигаться и поворачиваться. Состоявшиеся профессионалы же занимаются созданием серьезных технических систем.

Но все мы пониманием, что без детской робототехники не будет и взрослой, без интереса ребенка к созданию роботов не будет профессионального успеха у взрослого человека.