Как мы готовим победителей олимпиад по молодежной робототехнике в Университете ИТМО
Ранее мы рассказывали, как работает наша международная лаборатория робототехники. Продолжаем тему и обсуждаем проекты-призеры всероссийских и международных соревнований вместе с Игорем Лосицким, заведующим молодежной лабораторией.
P.S. Вчера — показали наши робототехнические лабы и обсудили победы молодежных команд.
Послушать беседу: Apple Podcasts · Яндекс.Музыка · Podfm · Аудиоверсия на YouTube.
Знакомство с лабораторией молодежной робототехники
Таймкод — 00:14
Дмитрий: Сколько команд вы поддерживаете и тренируете?
Игорь: У нас всегда занимается около двадцати человек. Из них мы ежегодно формируем три команды от трех до пяти участников, которые делают по одному проекту. Но у нас есть и деятельность, не требующая формирования коллективов. Это — общие проекты.
Дмитрий: Расскажите, пожалуйста, подробнее о вашей лаборатории.
Игорь: Она небольшая и в какой-то степени берет начало в лицее № 239. Тогда это была творческая лаборатория робототехники, где мы делали с ребятами проекты из конструкторов Lego, постепенно добавляли к ним что-то еще для разнообразия. В определенный момент нас пригласили в Университет ИТМО. Теперь мы работаем и со студентами, которые зачастую формируются из тех, кто пришел к нам заниматься еще во время обучения в школе.
Дмитрий: Они осуществляют и преподавательскую функцию в лаборатории?
Игорь: Да. У нас все учатся друг у друга. Часто бывает так, что ребята знают гораздо больше преподавателей. Такие возможности нельзя упускать. Они очень быстро схватывают и передают знания, если преуспели в какой-то дисциплине: механике, программировании, 3D-моделировании. Иногда мы собираем младших участников, а старшие — делятся опытом.
В зависимости от сложности темы и количества учеников мы устраиваем еженедельные семинары — например, на протяжении полугода или пары месяцев (если базовые знания уже есть и нужно изучить условное устройство простейших нейросетей). Но даже самые короткие образовательные программы, мы предварительно анализируем и утверждаем.
Путь от школы до международных соревнований
Таймкод — 04:09
Дмитрий: Можем ли мы проследить путь участников вашей лаборатории от школы до конкурсных проектов? Как они попадают к вам и развиваются уже внутри коллектива?
Игорь: Есть различные варианты. Обычно мы проводим набор в сентябре. Он включает в себя собеседование и тестирование. Все-таки важно понять, что ребенок обладает базовыми знаниями. К сожалению, времени для обучения с нуля у нас нет — мы готовим ребят к крупнейшим состязаниям, какие только могут быть в этой сфере для начинающих робототехников. В них мы стараемся занимать призовые места.
Дмитрий: Сколько времени уходит на подготовку к таким соревнованиям?
Игорь: Если это дети из школ, где все в порядке с математикой и программированием, и сами они заинтересованы, тогда для выхода на соревновательный уровень достаточно шести месяцев.
Дмитрий: Для детей какого возраста доступны такие варианты развития?
Игорь: Есть разные возможности. Все зависит от индивидуальных особенностей человека. Мы обычно постепенно усложняем задания, чтобы посмотреть на прогресс учеников.
Дмитрий: Как может выглядеть такая траектория развития?
Игорь: Есть типы траекторий для конкретных соревнований. Если мы говорим о Всемирной олимпиаде роботов (World Robot Olympiad), то мы отталкиваемся от темы. Это происходит осенью, а в январе — организаторы дают утончения, которые могут легко перевернуть наши представления о том, что ждут от участников олимпиады. В одном из таких подготовительных циклов первоначальной темой были «умные города». Мы стали разрабатывать идеи вокруг соответствующих решений и направления «умных домов», но уточненный вариант выглядел уже как «умное управление городом», «умное образование» и «умное рабочее место».
Дмитрий: Времени на внесение изменений у вас уже было меньше года?
Игорь: Менее шести месяцев. Готовый проект нужно продемонстрировать в конце мая, а потом через месяц выступить на всероссийской олимпиаде, где желательно победить. Хотя есть и экспертный отбор, там нужна более детализированная версия разработки. Но если человек толко пришел к нам в лабораторию, он не обязан сразу участвовать в соревновательном цикле.
Можно заниматься со всеми, помогать другим, делать свои небольшие проекты, изучать какую-то тему, но в рамках первого года быть вне каких-либо конкурсов. Это нормально.
Дмитрий: Все это зависит еще и от времени, которым располагает человек.
Игорь: Многие в итоге добираются до серьезных проектов. И до соревнований.
Дмитрий: Могли бы вы рассказать о наиболее заметных проектах последних лет?
Игорь: Самые заметные — чемпионские проекты. Каждый год у нас есть либо чемпионы, либо призеры соревнований. С начала работы вместе с Университетом ИТМО мы сделали два проекта для Всемирной олимпиады в Индии. Это была рука-манипулятор, контролируемая с помощью сенсора Leap Motion. Управление может быть дистанционным, а сама роборука — например, находиться в опасном для человека окружении. Мы заняли с этим проектом второе место.
Еще была разработка по теме Арктики — модель системы по уборке бочек из горюче-смазочных материалов. С ней мы заняли четвертое место, но потом все усовершенствовали и через два года с большим отрывом от всех победили на международных соревнованиях RobotChallenge в Китае.
После этого мы делали робота-лесника для олимпиады в Коста-Рике, но уже с другими ребятами.
Как правило, состав команд не повторяется. Один человек может присоединяться к разным командам, но общий их состав всегда уникальный.
Как родители могут оценить кружки для начинающих
Таймкод — 12:05
Дмитрий: Как родители могут распознать интерес ребенка к этой теме и помочь ему разобраться — сделать первые шаги и совместить все это со школьной программой?
Игорь: Я начинал эту историю именно как родитель — купил набор по робототехнике, мы постепенно собирали небольшие проекты, а потом меня пригласили в лицей № 239, и успехи пошли один за другим. Как могут к этому подойти другие родители, сказать сложно.
Если не хватает времени на учебу в школе, то не всегда есть смысл что-то добавлять сверху. Но если ребенок все успевает и тянется к технике, а родители думают, куда его можно отдать — часто выбирают робототехнические кружки. Другой вопрос, как понять, куда отдавать.
Дмитрий: Сейчас такие кружки начали появляться с огромной скоростью. Есть ли какие-то простые способы разобраться в этой области и предварительно оценить возможности кружка?
Игорь: Нужно смотреть на результаты. Как правило, это позволяет увидеть уровень. Например, всероссийские конкурсы требуют прохождения отборочных этапов в регионах. Международные — еще больших усилий и понимания того, что ожидают увидеть на таких мероприятиях. Если у кружков есть результаты, то да — там учат и скорее всего делают это хорошо.
Примеры проектов-участников соревнований
Таймкод — 15:57
Игорь: У нас есть то, что отличает лабораторию молодежной робототехники от других. Это возможность себя проявить в творческой атмосфере. Мы с Евгением Завариным и другими преподавателями даем возможность свободного конструирования. Очень важно готовить «креативщиков» так, чтобы в них сохранялось желание изобретать и придумывать.
Часто даже на крупных соревнованиях люди останавливаются на скучных реализациях. Например, была тема «еда имеет значение». Нужно было найти новые способы земледелия или чего-то подобного, и многие просто взяли идеи, связанные с гидропоникой.
Мы «выращивали» клубнику, но придумали неожиданное решение.
Дмитрий: Расскажите, пожалуйста, об этом проекте.
Игорь: Это был стенд-грядка с разбросанной игрушечной клубникой трех видов: недозревшей, перезревшей и спелой. По рейке двигался манипулятор с камерой. Так мы обнаруживали, где находится клубника. Делали это с помощью технического зрения, вычисляли координаты, а при помощи нейросети — определяли свойства клубники. Управлять системой можно с помощью приложения: выбирать грядки, видеть клубнику, заказывать доставку определенных ягод. Сбор осуществлялся при помощи специального мягкого захвата, который мы реализовали вместе с нашими химиками, а базовая технология работы манипулятора была придумана в Гарварде.
После сбора клубника попадала на квадрокоптер, осуществляющий доставку. Такая грядка может находиться на условной крыше офисного центра, а сотрудники — делать заказы в приложении.
Дмитрий: Серьезный проект. Даже если взять команду инженеров с высшим образованием, им придется потратить существенное время, чтобы все реализовать что-то подобное.
Игорь: Если делать это не в формате стенда, а для настоящей грядки, конечно, задача будет очень и очень трудоемкая. У нас были некоторые допущения, но в проект входил ряд сложных робототехнических задач, на которые мы потратили год подготовки.
Дмитрий: Когда вы формулируете такие идеи, вы основываетесь по большей части на существующих разработках, или ребята стараются сделать основные компоненты с нуля?
Игорь: Что-то мы заимствуем и интегрируем, но концепция всегда оригинальная. Это не какие-то изобретения, а больше решения для практических задач.
Дмитрий: В этом проекте была какая-то специализация внутри команды?
Игорь: Да. Как правило, у нас это есть. Но иногда ребята комбинируют несколько направлений.
Есть и другие примеры. Так, у нас был робот-флейтистка по имени Эльза. Его делал наш ученик, который уже является студентом бакалавриата. Он смоделировал руки робота по примеру своих.
Дмитрий: Расскажите, пожалуйста, про проект по теме «умного рабочего места».
Игорь: В нем мы связали две темы — эту и «умное образование». Получился робот-лампа. Он мог действовать в качестве осветительного прибора, а после завершения тематического урока, собрать со стола детали конструктора. Нейросеть определяла, какие детали разбросаны по столу, а пневматический захват — подбирал их и раскладывал по ячейкам контейнера.
Компактные выводы
Таймкод — 24:05
Дмитрий: Что вы хотели бы улучшить в своей работе?
Игорь: У нас много идей, а времени хватает не всегда, но мне интересно заниматься этим. Мы можем позволить себе ставить любые задачи — робототехника не имеет узкого формата, она включает в себя, например, и применение систем ИИ. Но мы стремится к оправданной сложности, к оригинальности, чтобы наши разработки находили отклик в душе человека, вызывали эмоции. Помимо технической составляющей нам важен интерес самих разработчиков. Здесь мы подходим к понятию Art&Science, где наука и искусство соседствуют.
Что еще у нас есть на Хабре:
