comtemichel (comtemichel) wrote,
comtemichel
comtemichel

Учебная лаборатория-робот "Бабочка"

Оригинал взят у ailev в Учебная лаборатория-робот "Бабочка"
Сегодня на "Открытых инновациях" разговаривал с командой Robotikum, создателями лабораторной установки-робота "Бабочка" -- http://www.robotics-spb.ru/. Вот главное, что умеет делать такая лабораторная установка (https://youtu.be/kyvW5sOcZHU):


Я идею использования роботов для лабораторных работ высказываю очень давно. Например, в 2013 году я писал (http://ailev.livejournal.com/1062192.html):
Нужно сделать робота-трансформера (ни в коем случае не собираемый наподобие лего, а именно "трансформер" -- как в мультфильмах, который только по-разному складывается), который представлял бы собой лабораторию по физике. И победит тот, кто создаст учебный курс, закрывающий при помощи такого робота максимальный кусок программ по физике, математике и информатике (объединив эти три обычно рассинхронизированных друг с другом учебных программы в одну). Максимальный кусок -- это начать в классе помладше, закончить в классе постарше, и при этом закрыв по максимуму все учебные темы, плюс факультативный материал.
Потом я иллюстрировал эту идею проекта создания робота на роботе-теннисисте, для которого сам робот только предлог для освоения других предметов (например, ТАУ) -- http://ailev.livejournal.com/1159346.html. Я ещё потом варианты для школы и попроще предлагал, вроде пчелиного тверк-робота: http://ailev.livejournal.com/1179701.html. Всё это были печальные варианты "давайте сделаем робота, раз это модно. Заодно чему-то в физике, математике, информатике научимся". Но начальный мой вариант был -- использование готового робота, а физика-математика-информатика нужны были для того, чтобы этого робота не делать, а программировать для него заданное поведение. В США такое есть, и давно -- используется целый набор роботов за $4000, http://shop.robotslab.com/products/robotslab-box

Я только сегодня узнал, что знаменитый робот "Бабочка", демонстрирующий использование довольно сложного математического аппарата, решающего проблему расчёта движения роботов со многими степенями свободы, задуман как ровно такая учебная лаборатория!

Это очень, очень крутая лаборатория. Ибо робототехника сегодняшняя с точки зрения механики -- это как раз попытка решить проблему движения тела со многими степенями свободы. Роботы не умеют двигаться, они падают, неуверенно бегают, отвратительно прыгают (впрочем, прыгают-то хорошо, приземляются после прыжка плохо). Матаппарат, демонстрируемый роботом "Бабочка" как раз и нужен, чтобы преодолевать эту проблему. Недаром этот проект стал финалистом на лучшую работу на главной робототехнической конференции ICRA 2015 -- http://icra2015.org/conference/awards.

Но этому матаппарату нужно учить, и желательно проверять решение задач студентами практикой, лабораторными работами. Робот "Бабочка" наглядно демонстрирует сложность задачи. Настолько хорошо демонстрирует, что Brian Douglas снял про него фильм: https://youtu.be/V30e77x8BQA


Он так и пишет: This is a fun video that was inspired by a presentation I saw at the 2015 International Conference on Robotics and Automation (ICRA). I wanted to see if humans could duplicate the performance of a robot at ICRA that was balancing a ball on top of a rotating platform.

Стеклянный ящик, в котором сейчас крутится робот "Бабочка" -- это корпус лабораторной установки. В ней прикручены моторчик, камера, в ней же расположен компьютер с алгоритмами. Всё именно прикручено крупными болтами: сама установка представляет собой именно конструктор. Если скрутите рядом две таких установки, то можно будет перебрасывать шарик из одной в другую. Дальше можно выбирать -- один человек будет программировать эти две установки, или два разных. Если два разных, то можно устраивать спортивные соревнования между программистами (а то и между механиками: цеплять-то на моторчик можно отнюдь не только "бабочки", а 3D-принтер сегодня не дефицит).

Единственное, так это сейчас лаборатория нацелена на университетские курсы механики и автоматического управления. Моя же идея -- довести это до уровня школы. Что там можно делать для школы? Например, необязательно катать шарик сразу по бабочке. Его можно катать и по линейной планке, которую моторчик будет устанавливать под разными углами -- и в набор может входить запуск шариков на эту планку. Дальше изучаем разные варианты движения, которые изучались с клином и шариком. Задач там миллион, если учесть, что камера может фиксировать скорость шарика в заданных местах планки, а также наклон планки, а также мотор может поворачивать планку. Ну, а студентам уже давать "бабочку" для битья.

Главное, что там есть и камера, и какая-то механика -- камера может определять фактическое состояние механики по сравнению с требуемым, а механикой можно управлять. Этого уже достаточно для многих и многих экспериментов, на которых можно отрабатывать с учениками владение матаппаратом, физическим мышлением, умением программировать численные методы.

Алгоритмическая часть пока сложная: там МАТЛАБ, Си и Питон в довольно хитром пайплайне. Я бы советовал заменить весь этот зоопарк на Julia (http://julialang.org/, поддержки вычислительной математики там уже хватает -- http://pkg.julialang.org/, плюс есть уже и библиотеки создания пользовательских интерфейсов. Впрочем, для уроков можно использовать интерфейс ноутбуков IJulia с тем же функционалом, что и IPython -- https://github.com/JuliaLang/IJulia.jl). Всё станет дешёвым и удобным. Уроки самой Julia легко сделать из уроков Python того же Кириенко -- http://informatics.mccme.ru/course/view.php?id=156.

Ещё мы пообсуждали с командой Robotikum (они приехали из Питера и Норвегии специально на "Открытые инновации") и Виталием Дуниным-Барковским, насколько интересно точное численное решение задачи движения робота по сравнению с выученным нейронной сеткой решением задачи -- это может быть решено примерно так же, как циркачи выучивают точные движения своей живой нейронной сеткой, ничего точно численно не решая. Но это совсем, совсем отдельный разговор.

Tags: ИТ, аналитика, будущее, компьютеры, наука, образование, перепост
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments