Робототехника: с чего начать изучение, где заниматься и каковы перспективы
Робототехника - одно из перспективнейших направлений в сфере
интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и
объяснять не надо. Кроме того, роботостроение может показаться занимате
Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере
интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и
объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшая штука:
сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и
электронное.
С 60-х годов прошлого века автоматизированные и самоуправляющиеся
устройства, делающие какую-либо работу за человека, стали использоваться
для исследований и в производстве, затем в сфере услуг и с тех с каждым
годом прочнее занимают свое место в жизни людей. Конечно, нельзя
сказать, что в России все сплошь выполняется самостоятельными
механизмами, однако определенный вектор в эту сторону точно намечается.
Вот уже и Сбербанк
планирует заменить три тысячи юристов умными машинами.
Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Чем отличается робототехника для детей от профессиональной?
Если коротко, то робототехника для детей направлена на изучение
предмета, тогда как профессиональная – на решение конкретных задач. Если
специалисты создают промышленные манипуляторы, выполняющие разные
технологические задачи, или специализированные колесные платформы, то
любители и дети, конечно же, занимаются вещами попроще.
Татьяна Волкова, сотрудник Центра интеллектуальной робототехники:
«Как правило, с чего все начинают: разбираются с моторами и заставляют
робота элементарно ехать вперед, потом – делать повороты. Когда робот
выполняет команды движения, можно уже подключить датчик и сделать так,
чтобы робот ехал на свет или, наоборот, «убегал» от него. А дальше идет
любимая задача всех новичков: робот, который ездит по линии.
Устраиваются даже различные гонки роботов».
Как понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике?
Для начала нужно купить конструктор и посмотреть, нравится ли
ребенку собирать его. А дальше и в кружок можно отдать. Занятия помогут
ему развить мелкую моторику, фантазию, пространственное восприятие,
логику, концентрацию и терпеливость.
Чем быстрее получится определиться с направлением роботехники —
конструирование, электроника, программирование — тем лучше. Все три
области обширны и требуют отдельного изучения.
Александр Колотов, ведущий специалист STEM-программ в Университете
Иннополис: «Если ребенку нравится собирать конструктор, то ему подойдёт
конструирование. Если ему интересно изучать, как устроена вещь, то ему
понравится заниматься электроникой. Если у ребенка тяга к математике, то
его заинтересует программирование».
Когда начинать обучение робототехнике? Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано —
в 8-12 лет, говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные
абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться
другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо
мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в
будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.
С 8-9 лет ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из
школьной физики осваивать с опережением школьной программы. Не важно,
станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и
навыки точно даром не пропадут.
В 14-15 лет нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план
и начать изучение программирования более серьезно – разбираться не
только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее
идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию
механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки
робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической
навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.
Александр Колотов: «Если в этот момент познакомить будущего
специалиста с основами линейной алгебры, комплексным счислением, теорией
вероятности и статистики, то к поступлению в вуз он уже будет хорошо
представлять, зачем ему стоит обращать дополнительное внимание на эти
предметы при получении высшего образования».
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.
Что еще потребуется изучить?
Программирование. Избежать его возможно только на первоначальном этапе, потом же без него никуда. Начать можно с Lego
Mindstorms, Python, ROS (Robot Operating System).
Базовую механику. Начинать можно с поделок из бумаги, картона, бутылок, что важно и для мелкой моторики, и для общего
развития. Самого простого робота можно сделать вообще из отдельных
деталей (моторчики, провода, фотодатчик и одна несложная микросхема).
Познакомиться с базовой механикой поможет «Мастерилка с папашей
Шперхом».
Основы электроники. Для начала научиться собирать простые схемы. Для детей до восьми лет эксперты советуют конструктор
«Знаток», дальше можно перейти к набору «Основы электроники. Начало».
Где заниматься робототехникой детям? Если видите у ребенка интерес, можно отдать его в кружки и на курсы,
хотя можно заниматься и самостоятельно. На курсах ребенок будет под
руководством специалистов, сможет найти единомышленников, займется
робототехникой на регулярной основе.
Также желательно сразу понять, чего хочется от занятий: участвовать в
соревнованиях и бороться за призовые места, участвовать в проектной
деятельности или просто заниматься для себя.
Алексей Колотов: «Для серьезных занятий, проектов, участия в
соревнованиях нужно выбирать кружки, с небольшими группами по 6—8
человек и тренером, который приводит учеников к призовым местам на
соревнованиях, который постоянно сам развивается и дает интересные
задачи. Для занятий в виде хобби можно пойти в группы до 20 человек».
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 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».
Нужно ли изучать роботехнику взрослым?
Если Вы уже вышли из детского возраста, это не значит, что двери
робототехники для Вас закрыты. Можно так же записаться на курсы или
изучать ее самостоятельно.
Если человек решил заниматься этим как хобби, то путь его будет
таким же, как у ребенка. Однако понятно, что дальше любительского уровня
без профессионального образования (инженера-конструктора, программиста и
электронщика) продвигаться вряд ли получится, хотя, конечно,
устраиваться на стажировки в компании и упорно грызть гранит нового для
вас направления никто не запрещает.
Олег Кивокурцев: «Взрослому будет проще освоить робототехнику, но важным фактором является время».
Для тех, у кого близкая специальность, но хочется переучиться, также
есть разные курсы в помошь. Например, для специалистов по машинному
обучению одойдет бесплатный онлайн-курс по вероятностной робототехнике
«Искусственный интеллект в робототехнике». Также существуют
образовательная программа Intel, просветительский проект «Лекториум»,
дистанционные курсы ИТМО. Не забудьте и про книги, например, есть много
литературы для начинающих («Основы робототехники», «Введение в
робототехнику», «Настольная книга робототехника»). Подберите то, что
больше всего понятно и подходит вам.
Следует помнить, что серьезная работа отличается от любительского
увлечения как минимум стоимостью затрат на оборудование и перечнем
поставленных перед работником задач. Одно дело – своими руками собирать
самого простого робота, совсем другое – заниматься, например, машинным
зрением. Поэтому изучать основы конструирования, программирования и
аппаратной инженерии все-таки лучше с ранних лет и впоследствии, если
понравилось, поступать в профильный университет.
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).
Самое главное
Знать азы робототехники в скором времени может оказаться полезно и
обывателям, а возможность стать специалистом в этой сфере выглядит очень
перспективно, так что хотя бы попробовать себя в «роботостроительстве»
определенно стоит.
