Подготовка
Цель урока
- Дать представление о способах, используемых роботами для сбора информации
- Формировать умения анализировать и определять сходство между роботами и людьми, уделяя особое внимание возможностям Таймио (Рабочий лист A-03)
- Познакомить с понятием «датчик», с датчиками, которыми оснащен Таймио
Ресурсы и оборудование
Для подготовки к занятию, рекомендуется найти вдохновляющие истории о работе роботов: как они помогают в медицине, освоении космоса, сфере развлечений и так далее. Найдите в интернете видео, статью или целый ресурс, посвященный истории робототехники. Например, в Википедии есть большая статья о том, как работают роботы.
Подберите истории, относящиеся к контексту, в котором живут ваши ученики. Используйте рабочий лист A-03 для изучения и обсуждения.
Рекомендации по проведению урока
Сходства между датчиками и органами чувств
Для чего нужны датчики? Для понимания полезно поговорить об «органах чувств». Как видит робот? Что робот использует вместо глаз? Где его уши? Как он слышит? Откуда он знает, где находится? Как он понимает, куда идет? Как он избегает препятствий? В двух словах: как робот воспринимает окружающую его среду?
«Глаза» робота — это его камеры и датчики приближения/расстояния. Как и люди, роботы нуждаются по крайней мере в двух камерах, чтобы видеть трехмерную картинку. Глаза некоторых роботов могут видеть больше, чем мы, потому что они способны воспринимать волны света такой длинны, которые неразличимы невооруженным глазом. Например, инфракрасные длинные волны и ультрафиолетовые короткие волны. Похожим свойством обладают наши телевизоры, которые получают невидимые сигналы от пульта дистанционного управления, или некоторые видеоигры, персонажами которой можно управлять с помощью дистанционного джойстика. У роботов есть много других датчиков. Микрофоны позволяют им «слышать» звуки. Они могут измерять расстояние с помощью фотоэлектрических датчиков, которые улавливают изменения света и магнитного поля вокруг них. А датчики под названием акселерометры, помогают им определить положение различных частей их «тела»: этот процесс называется «самовосприятием». Что касается прикосновений: роботы могут измерить силу давления, оказываемую на поверхность, на которой есть датчик.
Разные типы датчиков измеряют различные вещи: свет, инфракрасное излучение, лазер, звук, ускорение, температуру, тепло, излучение, электрический ток, магнетизм, давление, движение, расстояние и так далее.
Датчики переводят эти физические явления в единицы измерения, которые понятны человеку.
Какие датчики есть у Таймио?
Теперь, когда мы узнали, что такое датчики, давайте поближе познакомимся с датчиками, которые использует робот Таймио. Для того, чтобы слышать звуки, Таймио использует микрофон, но мы не можем его увидеть, потому что он спрятан внутри корпуса робота.
У Таймио нет привычных глаз — только инфракрасный датчик приближения. Всё, что он знает — это находится ли препятствие близко от него или далеко. Таймио не видит стену, лицо или объект и не различает цвета как мы; он посылает невидимые нашему глазу инфракрасные лучи и измеряет, сколько света отражает объект, находящийся перед ним. Так он оценивает расстояние между отражающим объектом и собой: чем больше света отражает объект – тем он ближе.
Когда Таймио достигает края стола, он останавливается благодаря заранее запрограммированным красному, желтому и зеленому режимам поведения. Робот измеряет свет, который отражается от стола, на котором он стоит. Если свет не отражается, это значит, что под датчиками ничего нет, или что стол очень темный (например, черная линия или поверхность); программа Таймио останавливает вращение колес, и это заставляет робота остановиться до того, как он упадет со стола, или его перехватят руки.
Чтобы понять, что кто-то нажал одну из пяти кнопок на поверхности корпуса, Таймио использует сенсорные кнопки. Контакт с пальцем изменяет проводящую емкость определенного датчика. Для измерения температуры у Таймио есть встроенный цифровой термометр, который не видно снаружи. Для измерения угла наклона Таймио оснащен трехосным акселерометром — небольшим устройством, которое позволяет определять свое положение относительно трех осей декартовой системы координат.
Необходимо объяснить ученикам, что в Таймио нет ничего волшебного и «природного»! Каждый аспект его поведения разработан, подобран и запрограммирован людьми. Чтобы слышать, ему нужны датчики, которые изобрели люди для преобразования свойств окружающей среды в электрические измерения, которые можно контролировать процессором и электрической цепью, которые составляют основу каждого компьютера.
Где находится мозг Таймио?
Может ли Таймио думать? Нет. Таймио может только реагировать. У него есть процессор, который следует набору инструкций - программе, которая была разработана и написана человеком. Такую программу может изменить каждый, если изучит определенный «язык». Каждый режим поведения робота управляется определенной программой. Здесь мы можем ввести понятие «программы», не вдаваясь в подробности.
Ученики подробнее изучат эту концепцию на последующих занятиях. Самая важная идея, которую нужно донести, состоит в том, что программа — это серия инструкций, выраженных НЕДВУСМЫСЛЕННЫМ языком. Очень важно научится четко давать и понимать инструкции — это важное умение пригодится для программирования, или кодирования — очень полезных навыков в современном обществе.
Упражнение A-03 в рабочих листах использовать для проверки пройденного материала: насколько хорошо ученики различают сходства и различия между роботами и людьми, а также насколько хорошо они понимают, что такое робот.
