ENG
Многие представляют себе робототехнику, да и техническое творчество в целом, в ключе целого испытательного комплекса, работающего в режиме «робототехнический фестиваль нон-стоп». Это очень приятное впечатление, наполняющее нас трепетной верой в то, что будущее — уже здесь. За кадром для непосвященного зрителя останутся утомительные штудии, тренировки и подготовка.
Но нужен ли для занятий этим направлением настолько масштабный подход или можно создать для своего ребенка домашнюю лабораторию? Ключевой вопрос организации домашней лаборатории состоит в том, какие проекты планируется в ней выполнять. От ответа на него будет полностью зависеть, какое выбрать материальное оснащение и как наладить деятельность.
Целеполагание и организация работ
Робототехника — это инженерная дисциплина, которая находится на стыке трех направлений: программирования, схемотехники (разработки и сборки электронных схем) и дизайна. Они тесно связаны друг с другом, поэтому обойтись без какого-либо звена невозможно.
Если робота собирают из готового конструктора, то сложность задач, связанных с дизайном и составлением схем, существенно падает. Это один из самых удобных путей для старта в робототехнике. Конструкторы позволяют отработать навыки составления алгоритмов поведения робота. Однако чем сложнее идея проекта, тем более проблематично выполнить его на базе ограниченного набора деталей. А пополнение запасов материалов через приобретение всё новых и новых наборов — затея довольно дорогая.
Именно на этом этапе важно поддержать переход от сборки к дизайну, анализу принципов работы электронных схем и изучению более сложных сред программирования. Именно в этот момент становится актуальна лаборатория.
Организация пространства и оснащение оборудованием
Домашняя лаборатория должна быть оснащена инструментами и оборудованием, необходимым для развития навыков дизайна, схемотехники и программирования. В первую очередь необходим компьютер. Желательно, чтобы это был не планшет или телефон, а ПК со специальным программным обеспечением.
Для знакомства с 3D-моделированием и схемотехникой можно воспользоваться облачной платформой TinkerCad от компании Autodesk. Из интересных программ от того же производителя можно упомянуть Inventor, Fusion 360 (для инженерного 3D-моделирования и цифрового производства), 3DsMax (для художественного 3D-моделирования) и Eagle (для разработки печатных плат на компьютере). Рекомендую также обратить внимание на FreeCAD и Blender. Для изучения программирования можно выбрать Arduino IDE (для программирования контроллеров) или Processing (для написания клиентских приложений). Обе программы подразумевают базовое знакомство с языком C++. В случае если последний вызывает затруднения, начать можно со Scratch.
Дизайн
Выбор инструментов и материалов зависит от технологических процессов, используемых для получения результата. А итоговый продукт через свои свойства даёт нам требования к материалам. Это могут быть пластик, дерево, металл и др. Развивать лабораторию можно в любом направлении, но неизменно понадобятся измерительные инструменты: рулетка длиной 3 м, стальная линейка на 30 см, штангенциркуль с пределом 150 мм (обязательно с измерением внутренних диаметров и глубиномером).
Вполне возможно и доступно на старте приобрести 3D-принтер. Он поможет сэкономить и время, и деньги на приобретении деталей для робота; с его помощью почти все можно будет сделать самостоятельно. Для удобной работы с принтером будет полезно иметь тонкий шпатель, чтобы отделять распечатанные модели от стола. Пригодятся также прецизионные кусачки и набор надфилей для постобработки.
Однако начать можно и просто с лобзика и пары листов фанеры для корпусных деталей. Дополнить это нехитрое хозяйство можно алюминиевым профилем и фурнитурой, которые продаются в любом строительном гипермаркете. Но к ним понадобятся дрель, набор сверл, ножовка по металлу, пара напильников и, возможно, тиски. Ну или хотя бы струбцины. Дрель может быть ручная или электрическая. В случае выбора последней по соображениям электробезопасности рекомендую аккумуляторный инструмент.
Схемотехника
Из инструментов понадобится набор часовых отверток, миниатюрные длинногубцы и кусачки (длиной не более 115 мм), а также пара электростатических пинцетов. Пригодится и недорогой мультиметр (желательно с функцией прозвонки цепи). Набор компонентов для старта, как правило, включает в себя: контроллер Arduino, макетную плату для беспаечного монтажа, проводки, резисторы (для начала вполне хватит 220 Ом, 1 кОм, 10 кОм), переменный резистор, термистор, фоторезистор, пассивный зуммер и несколько транзисторов. Опционально добавляются дисплеи и датчики. Если вы присмотрели готовый набор, в котором присутствует большинство этих элементов, и цена вас устраивает, можете брать. Взять компоненты по отдельности в радиоэлектронных магазинах будет дешевле (но и сложнее). Рекомендую выдержать баланс между временными и финансовыми затратами.
Программирование
Говоря о программировании в робототехнике, мы подразумеваем работу с программируемыми контроллерами. Самый популярный вариант на сегодня в этой рубрике — контроллеры Arduino на базе 8-битных микроконтроллеров AVR. Однако если вы более искушены в данном вопросе, можно обратить внимание на STM-32 и ESP-8266 / ESP-32.
Обеспечение комфорта и безопасности
Рабочее место должно быть удобным и хорошо освещенным. В идеале следует выделить под него отдельный письменный или компьютерный стол. Если выделить отдельный стол невозможно, то работы можно вести и на небольшом (40×60 см) листе фанеры, картона или другого листового материала, который в случае необходимости легко переложить. Также можно на время работы раскладывать оборудование на столе, а сразу по окончании убирать его в места хранения.
Важно помнить о технике безопасности. Перед началом работы необходимо провести беседу о возможных опасностях и о том, как их избежать. Очень важно, чтобы разговор получился вдумчивым, ни в коем случае не превращаясь в сухой «ритуал» прочтения инструкции по технике безопасности.
Работа с ручными и электрическими инструментами должна проходить только под присмотром взрослых. Поэтому домашняя лаборатория робототехники — это решение в первую очередь для тех, кто хочет разделить радость узнавания и творчества со своим ребенком. Кроме того, существуют лаборатории, которые предлагают образовательные услуги. Одна из них создана в Wunderpark International School.
Организовать безопасную мастерскую для своего ребенка непросто как в отношении финансов, так и с точки зрения времени и сил. Но если мы хотим предоставить своим детям максимальные возможности, это стоит любых приложенных усилий.
