Разработка будущего с помощью робототехники

Еще в студенческие годы, если ваш инструктор сказал:«Давайте узнаем о теории управления с широтно-импульсной модуляцией; откройте страницу 1453 в своем учебнике », вы сможете это сделать и, вероятно, выучите теорию. Но что, если ваш инструктор сказал:«Давайте изучим теорию широтно-импульсной модуляции, переместив робота из одного конца этого лабиринта в другой как можно быстрее». Какой вариант вы бы выбрали?

Я бы выбрал роботов и лабиринты в любой момент. И я так и сделал. Два года назад я помог компании Texas Instruments разработать серию комплектов робототехники для университетского класса под названием TI Robotics System Learning Kit (TI-RSLK), предназначенную для преподавания встраиваемых систем и приложений, курса бакалавриата, распространенного в большинстве учебных программ по электротехнике и компьютерной инженерии.

Цель учебного комплекта TI-RSLK - предоставить практический опыт и одновременно развить навыки интеграции аппаратных и программных компонентов, составляющих любую электронную систему.

В процессе разработки набора я задавался вопросом, можно ли лучше объяснить сложные системы и инженерные концепции таким образом, чтобы учащиеся были рады учиться и исследовать - возможно, даже помочь им соединить теории, изученные в процессе обучения. класс к практическому опыту. Могу я сделать это весело и интерактивно?

Последний комплект включает в себя комплект разработчика LaunchPad ™ для микроконтроллера SimpleLink ™ MSP432P401R, линейные инфракрасные датчики и датчики ударов, плату шасси TI-RSLK, бесплатную всеобъемлющую учебную программу, разбитую на 20 модулей (включая коды запуска, практические занятия и лабораторные работы) и больше.

С помощью TI-RSLK студенты изучают базовые инженерные концепции, создавая и затем тестируя робота, который может решать сложные задачи или задачи - от исследования лабиринта (рисунок 1) до автономных гонок, поиска объекта, навигации через препятствие или после линии. Кроме того, учащиеся могут изучить более сложные концепции, такие как понимание протоколов связи Wi-Fi®, работая над задачами, которые включают связь между роботами или управление роботом через Wi-Fi и даже Bluetooth®.

Рис. 1. Студент инженерного факультета тестирует TI-RSLK в лабиринте (Источник:Texas Instruments)

Команда TI University имела возможность работать рука об руку с Джоном Вальвано, давним преподавателем встраиваемых систем в Техасском университете, над разработкой набора и учебной программы. Познакомившись с ним поближе, я узнал, что он, безусловно, очень страстно желает улучшить навыки обучения студентов и проводит много часов вне класса, помогая студентам решать проблемы. Более того, он преподает в своем классе, используя стандартные отраслевые программные и аппаратные средства, обеспечивая соответствующий путь обучения системной интеграции. Такое сотрудничество между Джоном Вальвано и его учениками способствует эффективному обучению и, надеюсь, лучшим инженерам во всем мире.

Эффективная системная интеграция и «системное мышление» важны при решении задач в машиностроении. Выбор, сделанный инженерами при выборе и проектировании аппаратного и программного обеспечения, в конечном итоге повлияет на эффективность их решений. Сегодняшним высокотехнологичным сотрудникам нужен один фундаментальный навык, независимо от должности:способность видеть проблему целиком, разбирать ее и решать. Для инженеров и инженерного процесса то, что когда-то было отдельными элементами цикла проектирования - технологии, функции и дизайнеры, - теперь является междисциплинарным, вовлекая группы разработчиков, которые, как ожидается, будут создавать очень сложные продукты. А для этого инженеры должны быть системными мыслителями, которые могут понимать сложные инженерные концепции, относящиеся к разным дисциплинам и продуктам, для решения многогранных проблем проектирования.

Образовательный подход, используемый в TI-RSLK, позволяет студентам изучать «почему» инженерии, а не просто изучать «как». Этот подход помогает учащимся понять, что происходит, например, когда робот не работает, в том числе как пройти процесс отладки, чтобы устранить все возможные причины, почему. Команда TI University видит в сегодняшних классах то, что студенты задерживают обучение или расстраиваются из-за того, что их код ломается или их решение не работает - и они не знают, как это исправить. Поэтому они сдаются и переходят к тому, что понимают… или, что еще хуже, если они только начинают свою инженерную карьеру, они вообще бросают инженерное дело.

Я воочию видел, как роботы не только привлекают учащихся, но и стимулируют их творчество. Этим летом TI позволила своим стажерам опробовать TI-RSLK в мини-соревнованиях. Учащиеся могли найти решения, позволяющие заставить своих роботов преодолевать лабиринт быстрее или с большей точностью, или они могли войти в категорию «творческих», чтобы отправить роботов с забавными приложениями. Моим личным фаворитом был проект, в котором TI-RSLK использовался для создания мобильной игры-мусорного ведра. Робот вел счет, пока вы стреляли в консервную банку, а также бродили вокруг, чтобы получить дополнительную задачу. Мне нравится знать, что студенты изучали основополагающие инженерные концепции, весело создавая свои собственные уникальные приложения.

Системное мышление и практическое обучение имеют решающее значение для обучения будущих инженеров. Когда вы объединяете это мышление с опытом обучения, включающим соответствующее образование, разработанное в сотрудничестве как с отраслевыми экспертами, так и с академическими кругами, это беспроигрышный вариант для всех. Еще более захватывающим является то, что как только учащиеся понимают, как использовать практические знания вместе со своим творчеством и воображением для поиска решений сегодняшних инженерных проблем, возможности того, что они могут сделать, становятся безграничными.