Apropierea de tehnologie printr-o abordare de tip ”hands-on”, care stimulează învățarea prin experimentarea unor aplicații, nu este o practică nouă. Am crescut în zilele în care Meccano își atinsese popularitatea sa maximă, în care cei mai mulți băieți de vârsta mea aveau acasă kituri de construit. Totuși, lucrurile s-au schimbat profund. Întorcându-ne la momentul Meccano, produsele erau orientate pe aplicații mecanice și se adresau cu precădere băieților. Acum, obiectivul este de a cuprinde un spectru mai larg de discipline inginerești și, de asemenea, se adresează în proporții egale atât băieților cât și fetelor.
Figura 1: Lego Mindstorms.
Companii consacrate, dar și firme noi, au dezvoltat o gamă largă de platforme și kituri de construit prietenoase pentru copii. În ciuda faptului că platformele și kiturile au forme distincte, toate au tendința de a împărtăși scopuri comune: să devină mai accesibilă creativitatea tehnologică, să crească nivelurile de implicare (fie că se află în mediul școlar sau, înapoi, acasă) și, pe cât posibil, să mențină barierele (de inițiere) scăzute (astfel încât copiilor care care nu au avut ocazia să intre de timpuriu în posesia unor asemenea aplicații, să nu li se pară prea complicat).
Producătorul danez de jucării Lego a fost printre primele companii care au recunoscut necesitatea unei platforme mai complexe – unde ingineria mecanică, ingineria electronică și elementele de programare au fost toate acoperite în mod corespunzător. Cu aproximativ 5 ani în urmă, a fost lansat Lego Mindstorms EV3. Acesta include o serie de senzori (inclusiv senzori de culoare, tactili și de proximitate), împreună cu motoare, circuite programabile (incluse în ”Brain Brick” – spațiul în care se află unitatea centrală de procesare), spațiul alocat sursei de alimentare (în care se introduc 6 baterii AA) plus numeroase componente Lego Technic. De asemenea, sunt incluse conectivitate Bluetooth și un sistem de telecomandă în infraroșu. Dispunând de capabilitatea de a fi controlat de dispozitive inteligente (cum ar fi un laptop, o tabletă sau un telefon inteligent), studenții beneficiază de oportunitatea de a crea și, ulterior, a programa propriile proiecte de robotică.
Figura 2: Robotul intelligent Vex IQ Robot Brain.
Pentru a sprijini acest lucru, Microsoft oferă pachetul său software – MakeCode. Cu ajutorul acestuia, utilizatorii sunt capabili să dezvolte software într-o manieră extrem de facilă – printr-o abordare de tip drag-and-drop (selectarea și plasarea unor obiecte virtuale în diferite locații sau într-un alt obiect virtual). Există posibilitatea de a alege diferite blocuri de programare, care sunt apoi plasate în spațiul de programare – permițând astfel controlul motorului și tratarea intrărilor senzoriale sau a altor funcții cheie care trebuie tratate la rândul lor.
Figura 3: LittleBits.
Mergem un pic mai departe pentru a cerceta o altă platformă – Vex IQ. În mod similar cu Mindstorms EV3, acesta are un modul central “Electronic Brain” (creierul electronic), care dispune de 12 porturi configurabile prin care se interfețează cu senzori, motoare și codificatoare. Acesta utilizează un microcontroler Tiva de 80MHz de la Texas Instruments, care este capabil să opereze la viteze de 100MOPS. Modulul vine încărcat cu programe implicite, dar permite atât personalizarea proiectelor existente cât și programarea completă a proiectelor noi, pornind de la schema electronică (prin programare orientată pe obiecte). Un controler de stil pentru jocuri video este, de asemenea, asociat cu acest modul. Dispunând de control RF de la distanță, proiectele create folosind această platformă (spre deosebire de cele de la Lego) nu depind de un câmp vizual.
Un alt pionier în domeniul acestor kituri de dezvoltare a fost littleBits, care încearcă să abordeze o audiență mai tânără, oferindu-le o gamă largă de ”module colorate” care se cuplează între ele prin intermediul magneților. Toate modulele sunt clasificate prin folosirea a 4 culori diferite – albastru este asociat pentru putere (precum bateriile pentru alimentarea sistemului), roz pentru intrare (de exemplu semnale provenite de la senzori de lumină, push butoane, comutatoare culisante, microfoane etc.), verde pentru ieșire (LED-uri, difuzoare, motoare, afișaje matriciale și alte asemenea dispozitive de ieșire) și portocaliu pentru cabluri (pentru interconexiuni). Pentru siguranță din punct de vedere al alimentării, modulele dispun de protecție la alimentare inversă. Hardware-ul littleBits se poate interfața cu Lego, astfel încât copiii să nu fie limitați în proiectele pe care vor să le dezvolte.
Figura 4: Smartibot.
Meccano s-a dezvoltat mult față de vremea când eram copil. În portofoliul de produse pe care compania l-a introdus pentru tinerii electroniști aspiranți se numără roboții MicroNoid – care sunt, în general, destinați grupei de vârstă între 8 și11 ani. După asamblare, prin programarea cu ajutorul push-butoanelor, utilizatorul poate atribui diverse funcții acestor dispozitive automate, precum anumite secvențe de mișcare pe care trebuie să le urmeze sau pot crea secvențe muzicale ce pot fi redate. Alternativ, programarea mai complexă poate fi lansată prin conectarea la un laptop (prin cablu USB inclus în kit) și prin utilizarea unui software intuitiv ce poate fi descărcat de pe site-ul companiei.
După ce a reușit în vara aceasta o finanțare spectaculoasă pe site-urile de crowdfunding (obținând o sumă de aproape 3 ori mai mare decât suma inițială necesară), Smartibot, a devenit o altă platformă simplă care încearcă să capteze imaginația generațiilor mai tinere și să le ajute să înțeleagă mai bine tehnologia. Dezvoltat de către un start-up din Marea Britanie, The Crafty Robot, lucrează împreună cu telefonul inteligent al utilizatorului; acesta este un simplu robot construit pe un șasiu din carton, este ecologic și ușor de asamblat. Robotul poate fi personalizat după cum dorește utilizatorul sau poate fi chiar demontat în favoarea unui concept complet nou, realizat din orice material disponibil, păstrând doar placa de circuit, motoarele și acumulatorul (care constă din 4 baterii AA). Prin integrarea unui telefon inteligent în hardware-ul central, robotul este capabil să efectueze numeroase funcții, fără a fi necesară o programare în profunzime. Acesta poate fi controlat de la distanță sau poate funcționa și autonom (prin aplicația Smartibot care utilizează inteligența artificială în aplicații de recunoaștere a obiectelor). Robotului îi pot fi atașate până la 14 motoare diferite (4 motoare DC și 10 servomotoare). Acest lucru deschide o serie de oportunități de dezvoltare a unei game largi de roboți, cu roți, bipezi, cu brațe robotizate, precum și alte aplicații cum ar fi vehicule pe șenile sau chiar drone sau aeroglisoare.
Prin această ofertă de produse, precum și cele mai sus menționate, copiii pot deveni mai familiarizați cu ingineria mecanică și, de asemenea, (dacă doresc acest lucru) pot învăța principiile programării. În plus, aceste kituri le oferă șansa de a înțelege și dezvolta managementul proiectelor, rezolvarea problemelor precum și aptitudini organizatorice generale care le vor aduce beneficii în viitor. Echipa de la The Crafty Robot lucrează în prezent cu Microsoft pentru a integra Smartibot în platforma MakeCode. Primul lot de kituri este expediat acum, pentru a fi gata pentru Crăciun.
Figura 5: Placa de dezvoltare Circuit Playground Express de la Adafruit.
Beneficiind, de asemenea, de programare cu ajutorul MakeCode de la Microsoft, sistemul de dezvoltare Circuit Playground Express de la Adafruit prezintă tinerilor pasionați de inginerie o placă hardware prin care pot aborda diverse provocări de proiectare. Această placă compactă dispune de un microcontroler SMART SAM L21 de la Microchip cu un nucleu de procesare ARM Cortex-M0 + pe 32-biți. Microcontrolerul este însoțit de un senzor de temperatură, un senzor de lumină, un accelerometru pe 3 axe și un microfon MEMS, plus funcționalitate de control IR de la distanță. Placa în formă de cerc, mai dispune de 10 LED-uri indicatoare, situate pe circumferința plăcii precum și de 7 pad-uri care pot fi folosite ca intrări tactile capacitive. Pentru a crea secvențe simple de animație bazate pe LED-urile de pe placă sau pentru a emite diverse sunete, puteți să dezvoltați programe utilizând fie editorul MakeCode, fie, alternativ, opțiunea editorului JavaScript. Unitatea poate fi, de asemenea, programată să reacționeze în anumite moduri predefinite atunci când senzorii sunt expuși unor anumiți stimuli – cum ar fi o schimbare a nivelului luminii, un eveniment brusc, manifestat mecanic (de exemplu, o vibrație) sau detectarea unui sunet la atingerea unui anumit prag.
Sistemul Digilent Analog Discovery 2 este mult mai mult destinat pentru utilizare în cadrul școlii decât acasă. Această unitate compactă de testare și analiză multifuncțională operează împreună cu suita de instrumente virtuale WaveForms, permițând utilizatorilor să examineze semnalele emise de circuitele existente pe placă și pentru a dobândi o mai bună înțelegere a diferitelor dinamici implicate. Disponibil la un preț destul de atractiv, sistemul oferă un osciloscop USB cu 2 canale (cu rezoluție de 14-biți și o rată de eșantionare de 100MSample/s), un generator de funcții arbitrare cu 2 canale (cu o lățime de bandă de peste 12MHz), un analizor de spectru și un analizor logic digital cu 16 canale, plus o pereche de surse de alimentare programabile.
Prin analiza platformelor prezentate în acest articol, se observă clar acum că există un suport mult mai mare adresat tinerilor care doresc să exploreze domeniul ingineriei moderne decât în perioada copilăriei mele. Asemenea hardware și software asociat ajută la cultivarea inventivității copiilor – permițând obținerea unei experiențe pline de satisfacții care derivă din interacțiunea cu tehnologia.
Autor: Mark Patrick, Mouser Electronic
Mark s-a alăturat companiei Mouser Electronics în Iulie 2014, după ce a activat în conducerea departamentului de marketing al companiei RS Components. Înainte de RS, Mark a petrecut 8 ani la Texas Instruments având sarcini de suport tehnic şi aplicaţii. El deţine o diplomă de masterat în Inginerie Electronică de la Coventry University.
Mouser | https://ro.mouser.com/