Недитячі технології: як російські школярі створюють інновації після уроків

Створення трендових пристроїв підвладний не тільки великим R & D-центрів або університетським лабораторіям.

Сьогодні в школі можна створити складні розумні системи, що управляють будинком, або екосистему пристроїв для колонізації іншої планети.

Muse-Gloves

автори:Цю Тяньшен (17 років) - програміст драйвера, Олександр Макаренко (17 років) - програміст плати, Юрій Коршунов (17 років) - дизайнер, Мирослав Мяснянкіна (17 років) - інженер-електротехнік, Сергій Распутько (17 років) - піар-супровід . Проект переміг у фіналі в категорії ART.

Muse-Gloves - це рукавичка, яка допомагаємузикантам ефективніше працювати над створенням нової музики і вільно експериментувати з різними мелодіями і інструментами. Особливо актуально це винахід для тих, хто пише музику на традиційних інструментах. Також рукавичка стане в нагоді викладачам музичних шкіл, щоб демонструвати деякі музичні техніки, акорди, арпеджіо.

Корпус рукавички надрукований на 3D-принтері.Спеціально для пристрою електротехнік команди розробив і зробив друковану плату. В рукавичку вбудований потужний акумулятор, якого вистачає на 4-5 годин безперервного використання. У пристрій також впроваджені датчики: акселерометр, щоб дізнаватися, в якому становищі зараз знаходиться рука, куди вона повернута. І найважливіша частина рукавички - мікроконтролер. Команда творців використовувала мікроконтролер від компанії BBC - Micro: bit. На ньому дуже зручно програмувати, адже все вже вбудовано: і акселерометр, і Bluetooth-модуль, і світлодіоди для краси. Надалі розробники планують створити свій мікроконтролер, щоб не використовувати деталі інших компаній.

Рукавичка бездротова і може підключатися добудь-якого пристрою через Bluetooth. За допомогою графічного інтерфейсу користувач додає в бібліотеку різні «блоки», які перетворять сигнал з рукавички в музичний сигнал, далі він передається музичним інструментам. Цими блоками музикант може налаштовувати пристрій під себе. Ще одна цікава особливість драйвера - наявність «сцени», завдяки якій можна швидко перейти від одного набору блоків до іншого.

Например, пользователь хочет, чтобы его большой палець відправляв його фортепіано сигнал ноти «до». Для цього він створює блок і пише туди, що хоче отримувати сигнал від великого пальця і ​​відправляти сигнал ноти «до» на фортепіано. При цьому він хоче, щоб цей палець також міг відправляти ноту «ми» на який-небудь синтезатор. Для цього він створює нову сцену і ставить в неї блок для відправки ноти «мі» великим пальцем. А для переходу між сценами, тобто для вибору фортепіано або синтезатора він запрограмує вказівний палець.

«У світі таких пристроїв поки зовсім небагато.Є дуже дешеві, які ніяк не можна налаштувати. І є дуже дорогі, які стоять десятки тисяч євро, але при цьому графічний інтерфейс у них дуже складний: багато цифр, графіків ... А ми хотіли зробити пристрій, який буде простим у використанні і доступним за ціною. Перша версія нашої рукавички коштувала 2 000 рублів, а друга - з корпусом, з зарядкою, з підключенням по більш ефективному протоколу - всього 3 000 рублів », - розповідає Цю Тяньшен.

Мобільний робот первинного огляду і розмінування «Квантограбер»

Автор: Ілля Кіров, 13 років, Іваново. Наставник: Сергій Кіров.

Спочатку Ілля Кіров хотів зробитиробота-всюдихода без додаткових функцій. Але в процесі роботи йому разом з наставником вдалося так добре його модернізувати, що він зрозумів: робот може бути відмінним помічником людини, особливо в професіях, пов'язаних з важкою працею та ризиком для життя.

«У мого тата є знайомий, який працює вОМОН, йому наш робот дуже сподобався. Нас навіть попросили провести спільні навчання зі знешкодження бутафорської міни. Робот з цим завданням впорався, і вибухотехніки високо оцінили нашу розробку », - розповідає про свій винахід Ілля Кіров.

«Квантограбер» - це машина на чотириколісноюплатформі з маніпулятором-колишній. У нього є дві камери, з їх допомогою можна дистанційно обстежити небезпечні об'єкти. А за допомогою маніпулятора-клешні - транспортувати ці об'єкти в безпечне місце або встановлювати вибухівку, щоб знищувати їх на місці. Спочатку робота планували зробити з металу, але у розробника нічого не вийшло. Тому йому довелося розібратися в 3D-моделюванні і надрукувати корпус з пластика на 3D-принтері.

У світі існує кілька аналогів подібних роботів, але важать вони набагато більше і їх вартість починається від 2,5 млн рублів. Крім того, їм потрібен окремий транспорт.

«Наш робот коштує близько 90 тис.рублів, важить близько кілограма і його можна переносити вручну. А для управління таким роботом потрібен тільки один оператор, який буде стежити за моніторів за поточною ситуацією і віддавати команди », - робить висновок Ілля.

FINKA

Дар'я Морозова (17 років) - дизайнер, Софія Олійник (17 років) - програміст, головний розробник ПЗ, Данило Бобильов (17 років) - технік і програміст.

Це пристрій для розумного будинку, що складається зсистеми датчиків, виконавчих пристроїв і керуючого центру. Ключовий елемент системи - хаб у вигляді «магічною» коробочки з голограмою всередині - дівчиною на ім'я FINKA. Вона може керувати освітленням, системою безпеки, відеоспостереженням, клімат-контролем, вести чат з користувачем, взаємодіяти з побутовою технікою, працювати як пошукова система і багато іншого. Все залежить від того, які саме датчики вибере користувач для свого розумного будинку.

Система працює за рахунок альтернативногоджерела енергії. Розробники використовують екологічний і дешевий п'єзоелемент з риб'ячої луски. Можливо, енергії пьезоелемента буде не вистачати для повноцінної роботи, тому творці розмірковують над встановленням невеликої динамо-машини в якості додаткового джерела живлення.

Основна частина корпусу - скло, що відображає,яке і створює ефект голограми. Усередині хаба знаходяться різні датчики, виконавчі пристрої і запрограмована плата Arduino. Ця плата зчитує дані, записує їх у тимчасове сховище, а потім реагує. Для порівняння даних і реагування розроблений додаток на App Inventor. Пристрій може спілкуватися з користувачем через «ВКонтакте» за допомогою текстових і голосових команд, а також взаємодіяти з базою даних і розумним будинком.

«Ви вибираєте відповідний вам дизайн пристрою ізамовляєте керуючий модуль. Самі датчики для розумного будинку ви можете замовити будь-де. Тому у вас є можливість підлаштувати систему розумного будинку під себе - вибрати тільки ті модулі, які підходять для вирішення потрібних вам завдань, і того виробника, якого ви захочете. А значить, співвідношення ціни і якості буде максимально вигідним для вас, - розповідає Дар'я Морозова. - Потім ви встановлюєте датчики, реєструєте свій модуль, активуєте його на платформі "ВКонтакте" (в майбутньому платформа може змінитися), вказуєте, які датчики у вас є, і чекаєте їх підключення. Після цього система готова до експлуатації ».

Основна аудиторія FINKA - це, в першу чергу,маломобільні люди. Батьки з дітьми, пенсіонери та інваліди. Розробники планують навчити голограму мови жестів за допомогою нейромережі, щоб люди, які мають проблеми зі слухом і мовленням теж могли її використовувати. У перспективі впровадження системи буде можливо не тільки в соціальну, а й в освітнє середовище, щоб пристрій використовувався ще в школах і університетах.

Mark Gauntlet

Автор: Віталій Корнілов (16 років), місто Корольов.

Mark Gauntlet - частина цілої системи марсоходів Mark, яка призначена для колонізації Марса і посиленого вивчення цієї планети.

Це рукавичка для централізованого дистанційногоуправління всіма маленькими і великими роботами серії Mark. Уже описані близько 30 роботів системи, а у 10 з них є або віртуальне втілення, або прототип.

Система працює так:прибуває на місце і випускає розвідників, які вивчають місцевість і збирають дані. Роботи Mark можуть вивчати різні місцевості - і пустелі, і кам'янисті скелі: куди не проїде великий марсохід, забереться невеликий. Крім того, їх можна застосовувати і на Землі, в тому числі в зонах природних лих, наприклад, для дослідження і пошуку джерел загоряння.

Зовні рукавичка виглядає як модуль, якийкріпиться на руку. Він оснащений блоком управління з джойстиком і кнопками, всередині блок живлення, керуючий контролер, модулі інтерфейсу і датчики. До блоку управління ведуть дроти з акселерометром і гіроскопом, які закріплені на звичайній велосипедної рукавичці.

У рукавички є режими роботи, вони задаютьсяперемикачами. З основних режимів: управління за допомогою акселерометра, за допомогою джойстика і кнопками. Рукавичка підтримує різні типи дистанційного керування: за допомогою LoRa, інфрачервоного порту і світлодіода, радиомодуля на 2.4 гГц, Wi-Fi-модуля, Bluetooth-модуля. Є функція голосового оповіщення, а ще на рукавичці можна включити музику або використовувати її як ліхтарик - світлодіодна панель легко підсвітить велику кімнату.

Зараз ПО рукавички підтримує автодозвон доприймача, інтерпретацію даних з акселерометра і гіроскопа, інтелектуальне перемикання режимів, фільтри для всіх аналогових значень і повну модульність коду.

«Серію Mark я вирішив робити після міжнародноїкосмічної олімпіади в минулому році. На захист у мене запитали, які перспективи розвитку можуть бути у одного з моїх роботів, - розповідає Віталій Корнілов. - Тоді я зрозумів, що якщо буду займатися розробкою поодинці, з чотириногим роботом мені далеко не піти. Тому що перспективи розвитку - складання складних математичних моделей і використання просунутих комп'ютерів і алгоритмів, з якими я поки не знайомий. Для цього потрібен досвід роботи з просунутими екосистемами ».

Багатофункціональний ультразвуковий далекомір

Автор: Єгор Котелкін (17 років), Балашиха.

Далекоміром зручно визначати відстані, коливони більше метра. Якщо лінійкою вже не обійтися, то він дуже полегшує процес вимірювання, а також може бути корисний там, де потрібні точні підрахунки. Наприклад, ріелтори можуть використовувати його для розрахунків площі, периметра і обсягу приміщення, а будівельники залізничного полотна - контролювати відстань між рейками. Все, що потрібно, - навести пристрій на об'єкт, до якого потрібно обчислити відстань, і натиснути на кнопку. Ще далекомір автоматично переводить результати вимірювань в інші одиниці: метри, дециметр, фути, ярди і так далі.

«Коли я тільки починав займатися електронікою ірадіоелектронікою, я часто повторював чужі проекти, - згадує Єгор. - Тоді ж я побачив на YouTube відео, в якому людина робила довгомір, він вимірював відстань з урахуванням довжини корпусу. Захотів повторити - не вийшло. Через якийсь час я згадав про це і вирішив спробувати ще раз, але подумав: "А чому б не допрацювати його і не додати в нього щось нове?" Продумав, як це можна реалізувати, які повинні бути функції, сам думав над електронною частиною, розробив алгоритм роботи коду, написав цей код, спроектував корпус ».

Пристрій Єгора Котелкіна відрізняється віданалогів, в першу чергу, вартістю. На його виготовлення він витратив 1 000 рублів. А якщо постаратися, можна знайти деталі ще дешевше. Готові ж довгоміри стоять трохи дорожче, більшість - від 2 000. По-друге, пристрій відрізняється функціональністю. Наприклад, його можна підключити до комп'ютера через кабель, і тоді всі результати вимірювань будуть дублюватися в таблицю Excel. Такий функції поки немає ні у одного КамАЗа на ринку. Ще для економії заряду акумулятора є режим енергозбереження і сплячий режим. У деяких далекомірів такі режими є, але далеко не у всіх. Також при одночасному натисканні певних кнопок його прилад може показати дату і час.

Зрозуміло, що для створення прототипів абовиведення винаходи на масовий ринок будуть потрібні істотні ресурси, в тому числі і великих корпорацій. Однак розробники-школярі впевнені, що їх інновації змінять світ.

Читайте також:

Льодовик «Судного дня» виявився небезпечніше, ніж думали вчені. розповідаємо головне

Знайдено передбачуване царство зниклих хеттів. Що виявили археологи?

Відкрито фермент, що обертає назад старіння клітин