Академия робототехники

Знакомимся со Scratch и понятием «робот»: узнаём, из чего он состоит, и разбираем термины алгоритм, программа, блочное программирование.

Создаём первый проект — оживляем персонажа, заставляем его двигаться, говорить и реагировать на касание

Учимся управлять героями на сцене с помощью координат X и Y и находить нужные точки. Создаём полноценный диалог двух персонажей с движением, фоном и репликами — свой первый законченный проект в Scratch.

Учим программу принимать решения: разбираем условия «если — то» и «если — то — иначе», знакомимся с переменными и разницей между «изменить» и «установить» значение.

Собираем диалог персонажей, который запускается при касании.

Осваиваем рисование пером, алгоритм с ветвлением и бесконечный цикл. Собираем переменную-счётчик, которая реагирует на несколько касаний, и кнопку-датчик с логическими операторами И и ИЛИ.

Узнаем, что такое авторское право: чем лицензия отличается от подделки, а плагиат — от кавера и ремейка.

Во второй части познакомимся со списками (научимся хранить несколько значений с индексами) и событиями — соберём мини-игру на клики и игру-головоломку с механикой «отправить/получить сообщение».

Узнаем, что такое лабиринт, нарисуем свой собственный и научим кота двигаться по нему с помощью стрелок клавиатуры, закрепляя навыки работы со списками и событиями из предыдущего урока.

Знакомство с TrikStudio

Учим робота ехать вперёд заданное время, разворачиваться на месте и двигаться змейкой. Разбираем блоки «Мотор» и «Задержка»: скорость задаётся числом, время — в миллисекундах, поэтому 3 секунды это 3000.

Изучаем три типа поворота — резкий одним колесом, плавный двумя колёсами с разной мощностью и разворот на месте. Знакомимся с циклом с предусловием и собираем программу «Змейка».

Массивы и подпрограммы.

Освоим правило правой руки — алгоритм прохождения лабиринта с одним выходом с помощью датчиков расстояния. Познакомимся с блоком Switch (выбор из нескольких альтернатив) и понятием «выражение».

Зададим маршрут робота через массив-траекторию и на практике проведём робота через лабиринт от начала до конца, комбинируя изученные блоки.

Узнаем, как работает датчик касания и сонар (датчик расстояния), и соберём робота-исследователя, который объезжает препятствия: едет вперёд, при касании сдаёт назад и поворачивает.

Используем массив, чтобы хранить сразу несколько пауз движения, и повторим пройденные ранее массив, подпрограмму, правило правой руки, Switch и выражение.

Научим робота реагировать на показания инфракрасного датчика расстояния, выводя на экран смайлики в зависимости от того, далеко робот или близко к препятствию.

Соберём программу «Кентервильское привидение» с несколькими условиями сразу, а также начнём собирать «Танец в круге» — первый шаг движения по кругу с помощью таймера.

Узнаем, что такое проект и из каких шагов состоит работа над ним: идея, критерии, план, сборка, тестирование, презентация.

Познакомимся с энкодером — точным датчиком оборотов колеса — и научимся проезжать заданное расстояние без таймера. Реализуем идею «Робот-официант»: маршрут по столикам через массив с проверкой пути сонаром.

Завершим «Танец в круге»: пройдём все три шага — таймер, энкодер, сонар — и научим робота самостоятельно искать кегли и объезжать препятствия.

Узнаем критерии оценки собственного проекта, придумаем и соберём своего робота (например, робота-считалку, диджея или сторожа) и представим его классу, пройдя чек-лист готовности.

Узнаем, что такое электрический ток и источник питания, разберёмся, чем проводник отличается от изолятора, и на практике потренируемся определять, какие материалы пропускают ток, а какие нет.

Узнаем, что такое электрическая цепь и электрическая схема, соберём первую цепь в симуляторе PhET, разберёмся в разнице между замкнутой и разомкнутой цепью и научимся собирать схему с двумя лампочками и одним выключателем.

Узнаем, что такое электрическое сопротивление и от чего оно зависит (материал, длина, толщина провода), а также проверим на практике в PhET, как эти факторы влияют на яркость лампочки.

Познакомимся с законом Ома и разберёмся, как связаны между собой напряжение, сила тока и сопротивление, подберём в симуляторе разные сочетания этих величин и развеем несколько мифов об электричестве.

Узнаем, что такое последовательное соединение элементов, и соберём в PhET схемы с двумя и тремя лампочками, наблюдая за тем, как ток проходит по единственному пути.

Разбираем, что такое электрический ток и источник питания, зачем батарейке плюс и минус. 

Учимся отличать проводники от изоляторов и находим примеры тех и других вокруг себя.

Узнаем, как устроен светодиод, найдём его катод и анод, разберёмся, зачем светодиоду нужен резистор, и соберём собственную схему со светодиодом и резистором.

Познакомимся с фоторезистором — «глазом» робота, — на практике понаблюдаем, как он реагирует на изменение освещённости, и узнаем, как роботы используют такие датчики света в реальной жизни.

Знакомимся с платой Arduino и симулятором Wokwi, разбираем интерфейс и структуру программы: setup() выполняется один раз, loop() — бесконечно.

Запускаем первую программу Blink и учимся управлять паузой через delay().

Учимся предсказывать результат до запуска программы: записываем гипотезу, находим и чиним чужой баг и учимся переносить светодиод на другой вывод.

Знакомимся с азбукой Морзе, настраиваем собственный ритм мигания, а в финале собираем сигнал SOS.

Разбираем цифровой сигнал с его двумя состояниями HIGH и LOW и учимся отличать вход от выхода: светодиоду Arduino сигнал шлёт, а от кнопки получает. Собираем схему, где свет горит, пока кнопка нажата.

Учим программу принимать решения: разбираем условие if и digitalRead(), который считывает HIGH или LOW.

Превращаем кнопку из «держи, пока светит» в настоящий переключатель с переменной-флажком, чиним баг с неверно настроенным выводом и придумываем своё поведение для кнопки.

Учим Arduino измерять, а не только отвечать «да» и «нет»: разбираем фоторезистор, делитель напряжения и аналоговый сигнал.

Смотрим в Serial Monitor, как меняются числа от 0 до 1023, и настраиваем ночник, который зажигает светодиод только в темноте.

Настраиваем собственный порог срабатывания ночника: подбираем значение, при котором светодиод гаснет днём и зажигается в темноте, и проверяем результат в симуляторе Wokwi.

Подключаем зуммер и учимся задавать частоту звука: чем выше частота, тем выше тон. Собираем сигнализацию, которая срабатывает по датчику движения, и подбираем звук так, чтобы его было хорошо слышно.

Собираем собственную мелодию из коротких и длинных импульсов зуммера и делаем так, чтобы сигнализация реагировала на освещённость: светло — тишина, темно — звучит своя мелодия.

Начинаем проект «Космический мусор»: собираем в Wokwi полную схему системы — датчики, управляющую плату и исполнительные элементы, — проверяем соединения и готовим её к запуску.

Доводим проект «Космический мусор» до работающей системы: описываем сценарии поведения, связываем показания датчиков с действиями и запускаем всю схему в симуляторе.

Знакомимся с симулятором RoboCo: разбираем режимы Кампания и Песочница, учимся крутить камеру и работать с деталями. Собираем первого робота-доставщика и проходим уровень «Доставка в тот же день».

Разбираемся, почему одни роботы устойчивые, а другие валятся набок: учимся находить центр масс и настраивать двигатели через вкладку свойств.

Проходим Роборемонт, меняем обороты и ставим эксперимент «Невесомость» с двумя роботами в антигравитационном кольце.

Разбираем вкладки «Детали» и «Управление», учимся красить детали и проверять, чем они скреплены.

Впервые собираем робота целиком из отдельных деталей и проходим уровень «Катастрофа Кайдзю» с таким жёстким условием.

Выясняем, почему колёса бывают разной формы и размера, и учимся подбирать мощность мотора без пробуксовки.

Знакомимся с серводвигателем, который поворачивается на заданный угол, и проходим четыре уровня Роборемонта «Двигаясь дальше».

Знакомимся с телескопическим поршнем и разбираем, где он работает в жизни. Собираем робота с двумя поршнями и проходим уровень «Раздача сэндвичей», следя за балансировкой и противовесом.

Строим метательный механизм и выясняем, почему силу серводвигателя нельзя увеличить ползунком: она зависит от размера двигателя. Разбираем, от чего зависит дальность броска, и проходим уровень «Ревущий отказ».

Разбираем штоковое, поворотное, поверхностное и механическое соединения и выбираем подходящее под каждую задачу.

Строим машину с ударным механизмом и проходим уровень «Победить пиньяту», стараясь справиться с первого удара.

Разбираемся, как устроены роботы-пылесосы: выдвижная щётка выметает мусор из углов, а балласт не даёт роботу упасть на нос. Собираем плоскую платформу с двумя поршнями и проходим уровень «Бесшумная уборка».

Строим робота-лесоруба по образцу промышленных машин — харвестера и форвардера. Учимся настраивать генерацию колебаний для пилы и проходим уровень «Древесина и щепки», выполняя дополнительные цели.

Применяем поршни, шарниры и захваты на складе: строим робота-курьера, который подъезжает к стеллажу, поднимает платформу, берёт коробку и везёт её к зоне погрузки.

Разбираем, зачем такому роботу шесть колёс и задний балласт.

Разбираемся, почему погрузчику нужен противовес, и правило перевёрнутого маятника: чем выше груз, тем неустойчивее машина. Собираем широкую базу с балластом сзади и проходим уровень «Грузоперевозки».

Учимся стрелять сжатым воздухом и попадать в цель: разбираем пневматику, компрессор и траекторию полёта.

Осваиваем алгоритм наводчика — улетело, уменьшай мощность, не долетело, увеличивай — и проходим уровень на точность.

Переходим от колёсных роботов к манипуляторам: считаем степени свободы собственной руки, разбираем звенья и учимся, как устроена роботизированная рука. Вспоминаем про широкую базу и противовес.

Собираем робота с двумя руками и настраиваем триаду плавности: крутящий момент, обороты и ускорение.

Проводим тест «чашка с водой», снижаем ускорение при раскачивании и чиним зеркальные детали через инвертирование направления.

Разбираем инерцию и коэффициент трения: жидкость на полу резко снижает сцепление, и робот буксует.

Включаем прецизионное управление с низкими оборотами и замедленным движением и готовим робота к самому аккуратному уровню курса.

Смотрим, как задачу устойчивости решают настоящие краны: аутригеры и опорная площадь. Доводим кофейную доставку до конца, сравниваем узкую и широкую базу и разбираем, за что уровень начисляет штрафы.

Разбираем, что такое алгоритм и почему роботу нужна чёткая последовательность шагов, а не общая команда. Учимся декомпозиции: расписываем доставку кофе по пунктам, прежде чем садиться за сборку.

Учимся модульности: один и тот же робот утром развозит кофе, а днём валит деревья. Отстёгиваем кофейный манипулятор, пристёгиваем пилу и большой захват, не ломая тяжёлую базу, и проверяем противовес.

Начинаем итоговый проект модуля: придумываем робота под реальную проблему, рисуем чертёж и отвечаем на четыре вопроса перед сборкой.

Применяем правило KISS и требования к проекту: устойчивая база и минимум два разных механизма.

Доводим робота до рабочего состояния по циклу «собрал — проверил — исправил» и проходим чек-лист перед защитой.

Учимся объяснять суть проекта за тридцать секунд и отвечать на пять вопросов о роботе, его механизмах и сложностях.

Знакомимся с механикой, силой и рычагом. Разбираем, что такое опора и плечо рычага, и проверяем правило равновесия рычага на практике в симуляторе «Balancing Act».

Разбираем колесо и ось, блок и наклонную плоскость. Собираем катапульту, кран и цепную реакцию из нескольких механизмов в виртуальной физической мастерской Algodoo.

Знакомимся с шестернёй, зубчатой передачей и передаточным числом. Учимся рассчитывать, во сколько раз меняется скорость вращения, и собираем передачу из двух шестерён в Algodoo.

Разбираем крутящий момент и редуктор. Собираем передачу из трёх шестерён, шестерёночные часы и гоночную тележку, сравнивая прямое подключение мотора с подключением через редуктор.

Начинаем итоговый проект модуля механики: выбираем инженерную задачу — манипулятор, подъёмник, катапульта, захват или редуктор — формулируем её и рисуем эскиз с деталями, соединениями и точкой опоры.

Собираем свой механизм в Algodoo по эскизу, проверяя каждую часть отдельно, и запускаем симуляцию.

Ищем слабые места конструкции и защищаем решение перед группой: какую задачу решает, из чего состоит и почему выбрана именно такая конструкция.

Знакомимся с интерфейсом Blender: 3D Viewport, Toolbar, Outliner и Properties, оси X, Y и Z.

Учимся уверенно двигаться в трёхмерном пространстве и разбираем четыре этапа работы: моделирование, текстурирование, освещение и рендеринг.

Переходим в Edit Mode и учимся работать с вершинами, рёбрами и гранями. Осваиваем четыре базовых инструмента редактирования и горячие клавиши, чтобы собирать первые фигуры без лишних телодвижений.

Собираем робота из примитивов — кубов, сфер и цилиндров — и учимся не делать одинаковые детали дважды: масштабируем по оси, двигаем точно и дублируем через Shift+D. Используем симметрию для глаз, рук и ног.

Доводим робота до готового вида: добавляем материалы, меняем цвет отдельных деталей и включаем режим Material Preview, без которого цвета не видно.

Разбираемся, зачем нужно сглаживание, и подбираем его по форме детали — Shade Smooth, Shade Auto Smooth или Shade Flat. В конце проверяем модель со всех сторон и исправляем детали, которые встали неправильно.

Заглядываем внутрь 3D-модели: разбираем полигоны, вершины, рёбра и грани. Осваиваем Loop Cut и Bevel и превращаем обычный куб в кузов машинки, выбирая количество рёбер и сегментов фаски.

Доводим машинку до готовой модели: поворачиваем цилиндр в колесо, копируем детали и разделяем диск и шину. Подбираем материалы по роли — кузов, шины, диски, фары — и проверяем модель со всех сторон.

Собираем общую 3D-сцену из готовых моделей: добавляем плоскость-землю, переносим робота и машинку через Append, настраиваем источник света типа Sun и подключаем HDRI как фон и дополнительное освещение.

Учимся ставить камеру одним сочетанием клавиш и проверять кадр её глазами, чтобы обе модели попали в композицию целиком.

Учимся получать настоящую картинку вместо чернового предпросмотра: настраиваем движок EEVEE и разрешение 1920 на 1080, запускаем рендер клавишей F12 и сохраняем результат в PNG.

Проверяем композицию кадра и завершаем модуль защитой работы.

Собираем первого чат-бота в Scratch: разбираемся, чем он отличается от настоящего ИИ, учим персонажа задавать вопросы блоком «спросить и ждать» и записывать ответ.

Наделяем бота именем, характером и придумываем ему три реплики.

Делаем диалог живым: сохраняем ответ в переменную, добавляем условия «если — то» и учим бота обращаться к собеседнику по имени. Доводим готовый диалог до 5–7 вопросов с разными реакциями персонажа.

Впервые обучаем настоящую модель: в игре «Морское приключение» учим ИИ отличать рыбу от мусора. Разбираем обучающие данные, метки и модель и смотрим, как с ростом числа примеров падает число ошибок.

Ставим эксперимент с необъективными данными: объясняем, почему «весёлая рыба» — субъективная метка, а у соседа получится другая модель.

Разбираем, как полнота набора данных помогает бороться с предубеждениями, и думаем о влиянии ИИ на людей.

Создаём проект на Machine Learning for Kids и собираем числовые данные сами: играем в «Асық» и записываем каждый бросок в контейнеры «попадание» и «промах».

Разбираем, как данные превращаются в примеры для обучения.

Запускаем обучение модели на своих данных и подключаем её к игре: бросок теперь выбирает алгоритм, а не человек.

Проверяем, как число собранных примеров влияет на точность прогноза, и отдаём бросок модели в автономном режиме.

Учим модель видеть: снимаем карточки с узорами на веб-камеру и собираем обучающую выборку по четырём меткам. Разбираемся, почему карточку нужно снимать крупно и как лишнее в кадре сбивает модель с толку.

Проверяем обученную модель: смотрим точность распознавания, при необходимости добавляем примеры проблемной метки и подключаем модель к игре.

В конце проверяем её на чужой карточке и специально пытаемся запутать.

Собираем итоговый проект модуля: разбираем примеры готовых работ, выбираем идею и составляем описание возможностей.

Определяем, где в проекте будет элемент искусственного интеллекта, и начинаем сборку по критериям оценивания.

Завершаем модуль: разбираем таблицу критериев на девяносто баллов и проверяем по ней свой проект по всем пунктам.

Доводим до конца элемент искусственного интеллекта, наводим порядок в сценах и спрайтах и защищаем работу перед группой — объясняем идею, показываем проект в работе и рассказываем, где в нём ИИ.

В конце обсуждаем проекты друг друга.

Подводим итоги года: 33 урока, 8 модулей и 7 профессиональных сред, от Scratch до нейросетей.

Выбираем направление для следующего шага — нейросети, Python, Unity или JavaScript — и формулируем, что значит не просто пользоваться техникой, а делать её.