[Из песочницы] Школьные соревнования по робототехнике в штате Иллинойс, США
Недавно я участвовал в качестве судьи на соревновании по робототехнике среди учеников старших классов в средней школе города Батавия (Rotolo Middle School, Batavia), штат Иллинойс, США. Об этих соревнованиях я хотел бы рассказать — ребята, которые участвовали в них, а также их роботы произвели на меня впечатление.
Как я оказался на соревнованиях
На самом деле, достаточно случайно. Я занимаюсь физикой частиц на эксперименте NOvA в Фермилабе — это национальная ускорительная лаборатория в штате Иллинойс, недалеко от Чикаго. Школа, в которой проводились соревнования, находится близко к лаборатории, и эти соревнования проходят там уже не первый год, и несколько человек из Фермилаба не первый раз участвуют в них как судьи. Им нужны были волонтеры, и они позвали моих друзей, а те уже позвали меня.
В профессиональной жизни я занимаюсь разработкой ПО и наукой, но роботами никогда не занимался. Но для судейства требовались, скорее, здравый смысл и умение правильно задать вопросы, чем специальные знания. Как именно проводились соревнования и оценивались роботы я расскажу ниже — это довольно интересно.
О соревнованиях
Соревнование, в котором я был судьей — FIRST® Tech Challenge (FTC) — одно из линейки соревнований по робототехнике FIRST®. Также в линейке есть FIRST® Robotics Competition для примерно той же возрастной категории, а также FIRST® LEGO® League для младших школьников. В FTC участвуют школьники 7–12 классов (12–18 лет). FTC — довольно популярное соревнование, всего в мире участвуют команды из около 40 стран. В России FTC будет проводиться 20–21 февраля в Сочи.
Как проходят соревнования
Основа соревнований — это игры роботов. Игры меняются каждый год, в этот раз это была игра RES-Q, в которой 4 робота (в командах по 2) должны передвигаться по полю и собирать кубики и шарики в определенные точки поля, нажимать кнопки, перемещать фигурки человечков в корзины, забираться на рампу и нажимать рычаги по бокам рампы. Две противоборствующие команды не могут намеренно мешать друг другу, загораживать проезд и так далее (подробнее про правила можно посмотреть, например, тут).
Поле для игры с рампами, шариками и расположившимися роботами выглядит так:
Правила игры не очень сбалансированы –, но я не хочу писать спойлеров, поскольку в России соревнования еще не прошли. Я думаю, правила могли бы быть более сбалансированы, если бы они сохранялись с небольшими изменениями каждый год, но, с другой стороны, роботы стали бы слишком специализированными.
Всего было 2 линейки наград — награды, присуждаемые судьями в разных номинациях (для судейских номинаций эффективность робота в ходе игр имела значение, но не только она — об этом ниже), и отдельно награды для победителей игр. Главная номинация от судей выносится в категории Inspire — лучшая команда по совокупности технической подготовки, качества робота, качества технического отчета и т.д. Также есть категории Think, Innovate и несколько других — тут призы даются за лучшие инженерные решения, оригинальные идеи и так далее.
Как оцениваются команды
Интересная особенность судейства тут заключается в том, что оцениваются не только технические характеристики робота и технические знания команды. Интересно было бы понаблюдать российские соревнования, так как у нас в России, как мне кажется, акцент традиционно ставится именно на техническую часть.
Помимо технической части здесь оценивалась также социальная вовлеченность команд — многие команды, например, устраивали мастер-классы и показательные выступления в школах, музеях и т.д… Часть этой активности команды организовывали сами, часть организовывалась FTC. Для выявления лучших в социальной активности была отдельная номинация «Connect», которую, кстати, выиграла команда, спонсируемая местной пиццерией — они привлекали на свои мероприятия много школьников за счет бесплатной пиццы.
Еще одна интересная (и очень американская) особенность заключается в том, что команды сами ищут спонсоров. Они не зарабатывают на этом денег, но это дает им возможность покупать детали, делать себе майки с логотипами, подкупать судей и так далее, а также добавляет мотивации. Спонсирование было очень разным — кто-то не имел частных спонсоров, им выделяла деньги школа, многие спонсировались из небольших частных источников (я думаю, в первую очередь родители), кто-то из частных компаний, как, например, та пиццерия, кто-то от больших корпораций — одну из команд, например, спонсировала Моторола, а еще одну — Майкрософт. Средний размер привлеченных средств был около 1000 долларов за сезон, рекорд был у команды Fruit Salad — около 8000 долларов, эта же команда в итоге получила приз в главной номинации.
Кроме того, команды часто имеют свой сайт и страницу в фейсбуке. Например, такие команды: GotRobot, Octopi, Fruit Salad и т.д. Короче говоря, для команд помимо соревнования это еще что-то вроде организации и продвижения небольшого бизнеса.
Вот так выглядели команды и их роботы:
А вот так сами игры (в синих халатах тут стоят судьи, а в полосатых майках — рефери):
Подготовка команд и качество технического отчета очень отличались у разных команд. Технические документы у многих команд представляли из себя листочки с краткими отчетами о их еженедельном прогрессе, из которых ничего не было понятно, но лучшие отчеты были чудом технической документации, особенно для школьников. Один из самых качественных отчетов был у той самой победившей команды Fruit Salad — там были отчеты о проведенных мероприятиях, финансовые отчеты о привлеченных средствах, иллюстрации в AutoCAD, примеры кода, иллюстрации использования kanban-досок и т.д. К сожалению, я нигде не нашел их технических документов в открытом доступе — видимо, берегут технические секреты от других команд.
Интересно также, что многие команды заказывали 3D-печать некоторых элементов своего робота — обычно это были не очень значительные детали, например, держатель для телефона или коробка для размещения проводов, но была команда, использовавшая, например, 3D-печать для создания колес робота.
Немного технических деталей
Основная часть разрешенных деталей для соревнования — это TETRIX robotics kit для механических деталей и сервоприводов, контроллеры приводов и распределения питания и телефон на Android в качестве основной платформы для программ, а также второй телефон, принимающий сигналы от геймпадов и передающий их на первый. Программирование разрешено только на java в Android Studio либо App Inventor.
Часть технологий, которые кажутся логичными для таких роботов, например, Raspberry Pi, запрещены для использования. Насколько я знаю, технические правила могут меняться достаточно быстро, так что, возможно, когда-нибудь разрешат и его.
Некоторые функции роботов были автоматизированы, например, команды использовали датчики цвета для нажатия правильной кнопки, но большинство функций контролировались через геймпады, причем обычно у каждого робота было два водителя — один отвечал за движение, второй за работу механизмов, позволяющих собирать кубики или взбираться на горку.
И немного философии
В американских школах сейчас пропагандируется STEM (science, technology, engineering, mathematics). Это ключевое слово на сайтах VEX и FTC, а также постоянно употреблялось в процессе соревнований — при вручении наград, а также во вступительном слове местных чиновников.
По моему опыту, из этого набора science и mathematics все еще намного сильнее в наших школах и ВУЗах — пока не доходит до самой научной работы, с которой у нас плохо. Здесь школьная и ВУЗовская подготовка в естественных науках и математике в среднем достаточно слабая, и чтобы поменять ее надо выращивать сильные научные школы.
Что касается technology и engineering — я могу судить только по небольшим проявлениям, таким, как, например, это соревнование. Но мне кажется, что здесь эти области развиты лучше, и делаются заделы для большого отрыва. Например, об этом говорит популярность робототехники. В Иллинойсе по данным на прошлый год в этих соревнованиях роботов участвовало 110–120 команд при 13 млн жителей (взято отсюда). Для сравнения, на аналогичных соревнованиях в России FTCRussiaOpen, которые я уже упоминал, зарегистрировано 25 команд.
Я думаю, такую разницу лучше воспринимать не как повод расстроиться, а как поле для возможностей. Самая нужная вещь для этого — инициатива и мотивация, которая нужна больше, чем техническая подготовка и даже деньги. Например, среди команд на этом соревновании была команда, спонсируемая только от школы и не имевшая взрослых менторов, за исключением одного человека, который им помогал время от времени.
Я не уверен, что американский опыт может быть перенесен напрямую на нашу почву, хотя это был бы интересный эксперимент. Например, как я уже говорил, мы традиционно уделяем больше внимания технической стороне, а не организационной (забавный факт: все зарубежные сайты FTC акцентируют внимание на спортивных и образовательных событиях, и я не мог там найти техническую спецификацию роботов, на сайте российского FTC это было первое, на что упал взгляд). Поэтому чтобы построить финансирование команды от локального бизнеса надо сломать некоторые стереотипы. С другой стороны, я не думаю, что это так уж невозможно — из моего опыта общения с людьми из бизнеса, бизнес любого размера более социально ответственен, чем чиновники, и вполне может пожертвовать некоторое количество денег, тем более что в итоге команда будет использовать их символику.
