Можете назвать игрушку, более полезную для ребёнка, чем конструктор? С момента его изобретения Фрэнком Хорнби в 1901 году конструктор стал почти синонимом игрушки, развивающей внимание и воображение. С тех пор много воды утекло, и современные конструкторы — это уже настоящая феерия материалов, деталей, способов сборки, задач и возможностей. В действительности далеко не все представляют себе, насколько продвинулась мысль создателей современных игрушек.

Бум роботехники ощутимо изменил правила игры. Родители идут в магазин за подарком своему чаду, подходят к прилавку с конструкторами и… с изумлением обнаруживают на коробке слово «робот». Если и для вас это сюрприз – да-да, самый настоящий робот. Сегодня дети с малых лет приобщаются ко всему технологическому, математическому и программируемому, впитывая в процессе игры ещё и ритм жизни. И производители игрушек дают им такую возможность.

STEM-образование

Конечно, начинается всё не с производителей, а с общих мировых тенденций. В США, например, даже существует особая программа развития и образования, в рамках которой приоритетом являются научные, математические и робототехнические направления. Система получила название STEM – Sсience, Technology, Engineering, Mathematics. Суть её такова: чем скорее ребёнок начнёт познавать сущность технологического прогресса, тем проще ему будет не только найти престижную профессию в будущем, но и приспособиться к быстро развивающемуся миру.

Понятное дело, не каждый ребёнок, даже при всей любви к компьютерам, станет изучать языки программирования — не говоря уже о самых маленьких, которым даже понятие такое незнакомо. По этой причине роботы-конструкторы стали идеальным вариантом для развития у малышей соответствующих навыков. Переоценить сложно не только значение этих игрушек, но и их увлекательность: практически любой взрослый, немного повозившийся с набором, буквально влюбляется в процесс. Что уж говорить о детях, для которых слово «робот» всё ещё имеет магическое значение?

Lego Mindstorms

Было бы странно, если бы датская Lego пренебрегла современными тенденциями. Серия роботов-конструкторов Mindstorms существует с 1998 года и к сегодняшнему дню претерпела два перевоплощения — последние наборы выпускаются под названием EV3, что значит «эволюция» и «версия 3». Lego Mindstorms — прекрасная иллюстрация того, на что способы современные конструкторы. Здесь есть всё: микроконтроллер, датчики, сенсоры, сервомоторы, дополнительные наборы и широкие возможности программирования.

Всё начинается со знакомых красочных деталей, набор которых дополнен подвижными элементами — сервомоторами. Более всего выделяется из всего комплекта микроконтроллер — сердце конструктора и будущего робота. «Кубик» микроконтроллера — это одновременно и энергетическая станция, и центр управления робота. Он встраивается в собираемую модель и впоследствии обеспечивает робота электропитанием и наборами команд.

Микроконтроллер оснащён многофункциональным дисплеем, кнопками управления, индикацией, динамиком, а также портами ввода и вывода. В разъёмы ввода подключаются разнообразные датчики (движения, световые, инфракрасные и т.д.), а в порты вывода — элементы, которые будут выполнять команды.

Последние представляют собой сервоприводы — средние и большие. Они оснащены датчиками вращения и автоматически идентифицируются микроконтроллером.

Что касается сенсорных датчиков, их в Mindstorms великое множество, и именно они в конечном итоге расширяют возможности робота и делают процесс сборки и программирования таким увлекательным.

Вот, например, датчик цвета. Его сенсор способен различать 8 оттенков, но также и использоваться как датчик освещённости. Ваш робот, соответственно, может определять, включён или выключен свет, фиксировать уровень яркости, а в зависимости от измеренных параметров производить те или иные действия. Ещё один пример функции цветового датчика буквально «из коробки»: упаковки некоторых наборов Mindstorms можно разрезать на цветные треки, а собранный робот будет определять их оттенки.

Или цифровой ИК-датчик: он умеет определять препятствия, к которым приближается робот. А соединив ИК-датчик с удалённым инфракрасным маяком, можно запрограммировать свой пульт дистанционного управления или настроить навигационную систему для автоматического преодоления препятствий.

Ультразвуковой сенсор

Lego выпустила множество разнообразных датчиков для EV3: сенсор касания, гироскоп, ультразвуковой датчик и т.д. С их помощью робот может научиться определять расстояние до объектов, своё положение в пространстве, взаимодействие с хозяином и многое другое. EV3 поддерживает датчики и прочие элементы от других производителей, например от HiTechnic и Mindsensors, а также датчики прошлых поколений конструкторов Mindstorms. Излишне говорить, что увлёкшись конструктором однажды, можно стать его адептом на долгие годы!

Помимо датчиков, конструктор можно расширять с помощью дополнительных наборов. Это, к примеру, ресурсный набор на 853 элементов, или специальный комплект «Пневматика», дополняющий конструктор элементами для работы со сжатым воздухом.

Элементы из набора «Пневматика»

Для начала игры необходимо запитать микроконтроллер батарейками — или воспользоваться покупаемой отдельно аккумуляторной батареей. EV3 предоставляет возможность собрать огромное количество разнообразных моделей — в лучших традициях классических «творческих» конструкторов. Помимо бумажной инструкции, за схемами можно обратиться на официальный сайт конструктора.

И конечно — программирование. Его возможности у EV3 безграничны: в зависимости от возраста ребёнка можно выбрать процесс различной степени сложности. Так,  для начала можно программировать робота даже не прибегая к компьютеру — прямо с микроконтроллера при помощи подробных инструкций. Затем можно скачать приложение LEGO Mindstorms EV3 Home Edition, которое предложит ребёнку «гараж» роботов, интерактивные инструкции, обучающие материалы, видеоролики и даже увлекательные миссии для собранных моделей.

Но и это ещё не всё. Возможности микроконтроллера можно расширить с помощью многочисленных прошивок. Каждая из них позволяет программировать модели на различных языках: Python, Ruby, C++, Lisp и многих других.

Lego Mindstorms — это целый мир, не просто знакомящий ребёнка с робототехникой, но ей и являющийся. Система отдельно приобретаемых элементов очень продумана и позволяет создать что-то поистине уникальное и интересное. К примеру, мы не упомянули возможность встроить в модель настоящую солнечную батарею или оснастить её дисплеем мультиметра, используемым для отображения входных параметров в вольтах, ваттах и т.д.

Ubtech

Ещё один пример, иллюстрирующий несколько другой подход. Если Lego EV3 показалась вам слишком сложной, Ubtech предлагает более понятные для ребёнка готовые наборы с конкретными моделями.

Конструкторы Ubtech иногда путают с Lego: они тоже состоят из ярких красочных элементов, а готовые модели напоминают знакомые датские игрушки. Тем не менее, это разные конструкторы, различающиеся по способу крепежа элементов, и детали от одного не подойдут к другому. Хочется отметить особенную харизму конструкторов Ubtech: каждая модель — это не просто собранная из деталей конструкция, а полноценная, разрабатывавшаяся с душой робот-игрушка. Взгляните на очаровательного Ubtech Astrobot — он чем-то напоминает знаменитого Валли.

При этом каждый комплект подразумевает сборку нескольких моделей: тот же Astrobot может предстать в различных итерациях, набор Karbot Kit предлагает собрать одну из множества интересных машин, а Inventor Kit — разнообразные модели животных или антропоморфных роботов. И конечно никто не отменял фантазию и инициативу — ребёнок может собирать собственные модели и комбинировать наборы, чтобы создать что-то грандиозное и необыкновенное.

Наборы Ubtech, как и Lego Mindstorms, включают помимо пластиковых деталей микроконтроллер, сервоприводы, инфракрасные датчики, а также динамики и светодиодные лампочки. Сервоприводы с большим крутящим моментом обеспечивают плавные и реалистичные движения получившихся роботов — собирать и пробовать их в действии одно удовольствие!

Самый интересный этап — программирование. Процесс разработан специально для детей, и как результат — даже пятилетние малыши могут часами заниматься кодом. Программирование происходит на настоящем высокоуровневом языке Swift, а для лучшего понимания происходящего язык облечён в визуально-скриптовую платформу Blocky. Чтобы запрограммировать какие-либо действия, ребёнку достаточно перетянуть иконки соответствующих сервомоторов на блоки-таймлайны и установить для них время выполнения.

Более того, для простоты процесса предусмотрена кнопка «записи». Робота можно установить в изначальное положение, нажать «запись», подвигать модель, — и приложение запомнит выполненные действия. Этакий аналог макросов в Microsoft Word.

Приложение для смартфона позволяет не только программировать и управлять роботом, но и делает весь процесс занимательным и интересным. Например, режим «приключение» превращает программирование в игровой квест, в котором поочерёдно нужно выполнять увлекательные задания.

Ubteck имеет в арсенале роботов попроще — они идеально подойдут для самых маленьких. Так, комплект робота Alpha 1 Pro включает меньше деталей, чем другие наборы, но результат — очень красивая и функциональная модель. А UBtech Штурмовик представляет собой точную копию штурмовика из известной саги и наверняка придётся по вкусу поклонникам фильма.

Arduino

Наборы Ubtech и Lego Mindstorms — отличные примеры того, на что способны современные игрушки. Однако, разумеется, ассортимент роботов-конструкторов ими не ограничивается. Чтобы дополнить общую картину, можно рассказать об Adruino.

Arduino — это не конкретная игрушка или линейка конструкторов. Название принадлежит программно-аппаратной платформе для робототехники и систем автоматики, созданной специально для пользователей-непрофессионалов. Adruino включает в себя приложения для программирования и печатные платы с микроконтроллерами, на основе которых создаются конструкторы. Комплекс носит открытую архитектуру, и как следствие — различные производители могут выпускать собственные наборы для Arduino.

Плюсом игрушек на Arduino является их родство. Научившись собирать и программировать одного робота, ребёнок быстрее освоит следующую игрушку. Поле для деятельности практически безгранично — фактически, основательно освоив Arduino, можно вплотную подойти к основам «взрослой» робототехники. В основе языка программирования для Arduino лежит C++ с некоторыми особенностями для новичков.

В качестве примера можно привести простейшие и недорогие конструкторы «Матрёшка» от отечественного производителя «Амперка». Можно выбрать один из трёх комплектов под названиями Y, Z и X, отличающихся друг от друга набором деталей.

Матрёшка Z — самый полный комплект. В него входят макетная плата, набор радиодеталей, провода, сервоприводы, датчики и красочная брошюра, призванная научить ребёнка с нуля собирать собственные электронные приборы. С помощью конструктора можно собрать 20 устройств различного назначения: среди них светильник с управляемой яркостью, секундомер, счётчик нажатий, комнатный термометр, тестер батареек, простая метеостанция и многое другое. С большой долей вероятности набор будет интересен и родителям — по крайней мере, мы без устали восполняли пробелы в нашей электронной грамотности.

Дополнительно к Матрёшке можно докупить различные сенсоры, платы расширения, блок питания и даже мультиметр, с помощью которого можно находить проблемы в готовой схеме.

А вот ещё один интересный бренд конструкторов от китайского производителя — Makeblock. Эти наборы любопытны, во-первых, тем, что визуально представляют собой классический конструктор Mecano c деталями из анодированного алюминия. Во-вторых, игрушки основаны на платформе Arduino — а значит предполагают широкие возможности для дополнений и творческой фантазии. И в-третьих, 8-миллиметровое расстояние между отверстиями на деталях делает их совместимыми с блоками конструкторов Lego! Словом, Mackblock — настоящий универсал.

С помощью комплектов Makeblock можно создать невообразимое количество роботов: колёсных, гусеничных и даже модели на шаговых двигателях. Алюминиевые рейки, моторы, винты, зубчатые колёса, сервомоторы и сенсоры дают большой простор для фантазии ребёнка. «Оживляются» роботы с помощью микроконтроллера Arduino или совместимой с ней платы под названием CraftDuino.

Детство с роботами

У нас – нынешних взрослых – роботов не было. Разумеется, за исключением тех немногих, кому довелось прикоснуться к эзотерическому миру роботостроения, которое ещё 20 лет назад было недоступно ни массовому пользователю, ни среднестатистическому ребёнку. Сегодня всё иначе: технологии развиваются быстрее, чем растут дети, и поэтому последним особенно важно не упустить хотя бы азы этой эволюции.

Описанные конструкторы — нечто большее, чем просто игрушки. Они дают возможность прикоснуться к миру, в котором даже взрослые зачастую являются полными дилетантами. Стоит ли объяснять, как это воодушевляет детей? Насколько развивает в них стремление к созиданию? И в конце концов — как это чертовски интересно?

Выбирайте роботов, играйте с ними и не вздумайте бояться «судного дня» - все описанные модели абсолютно дружелюбны и подчинены законам робототехники! Заходите на наш сайт, читайте наш блог и подписывайтесь на канал в Telegram — здесь всегда интересно.