Проектная смена. Проектная смена в образовательном центре «Сириус

Второй проект представляет из себя робота, стирающего с доски. В данном проекте у нас имеется маркерная доска и двухколесный робот, который может по ней перемещаться. Первый робот подъезжает и становится напротив доски. На нем расположена камера, изображение с которой транслируется через ТРИК на компьютер, где происходит обработка изображения и определение местоположения робота и его цели. На роботе расположены оранжевая и желтая метки для определения местоположения робота. Сначала мы выделяем все желтые и оранжевые пиксели на изображении, после чего определяем наибольшие сплошные области данных цветов и находим их центры, по которым можно определить координаты и угол поворота робота. Далее находим Лапласиан изображения и оставляем только красные и выделенные красным области, которые необходимо очистить. Пробегая еще раз по всему изображению, находим ближайшую от робота точку, которая становится целью.

На стирающего с доски робота отправляются только дистанция и угол между курсом робота и направлением на цель. Из этих значений вычисляются управляющие воздействия для двигателей, и робот двигается к цели.

Третий проект относится к автоматизации парковочного пространства. Цель была в создании прототипа автоматизированной общественной парковки у бизнес-центра. Были собраны два полноприводных автомобиля, сооружено здание и сами парковочные места с метками (черными кругами). Парковочная система состояла из контроллера, подсоединенных к нему веб-камеры и шлагбаума.

На контроллере имеется DSP-ядро предназначенное для обработки аудио и видео на борту, но так как участники проекта не имели опыта программирования контроллеров, решено было просто транслировать видео, а обработку состояния на парковке производить на компьютере.

Для определения свободных парковочных мест производилась бинаризация изображения выделение контуров и отбрасывание лишних элементов по радиусу окружности. Последним этапом была кластеризация с нумерацией.

В итоге рабочая система выглядела следующим образом:
автомобиль подъезжает к шлагбауму, посылает запрос на сервер, тот, в свою очередь, возвращает номер ближайшего свободного места, а также сообщает парковочной системе, что необходимо поднять шлагбаум. Далее автомобиль, имея номер парковочного места, движется по записанной траектории. Презентацию проекта можно посмотреть по ссылке .

Все исходные коды программ выложены на github .

В общем, все получилось достаточно хорошо. Учащиеся все время просили задержаться и провести больше времени в работе над проектом, что говорит об интересе учащихся к робототехнике.

Все проекты смены разделились на инженерные, где работа велась над реализацией определенной конструкции, и исследовательские, где собирались и анализировались данные о различных явлениях. На мой взгляд при заключительной оценке стоит разделить такие направления, сложно сравнивать анализ состояния реки Мзымты и «Умный стол». Для исследований больше подходит презентационный и постерный формат, а для проектов лучше выставочный формат со стендами.

Желающим принять участие в подобных сменах, стоит озадачиться предварительным скурпулезным изучением области, в которой они хотят принять участие. Для этого есть огромнейшее количество курсов видеолекций и прочего сопроводительного материала. Учитесь пользоваться различными системами проектного менеджмента (можно начать с той, которую использовали мы) и системами контроля версий.

Огромное спасибо всем участникам этой смены, её организаторам и педагогам. Надеюсь ещё не раз оказаться здесь!

Образовательный центр «Сириус», разместившийся в Сочи, открылся для российских школьников только 2015 году, но уже зарекомендовал себя как точка притяжения талантов. Для большинства остаётся загадкой, что же происходит в «Сириусе», почему туда мечтают попасть многие школьники. Приоткрываем завесу тайны и рассказываем, как получить путёвку в заветный центр.

Для тех, кто готовится к главному школьному экзамену

На первый взгляд кажется, что «Сириус» - это возможность для ребёнка провести месяц в курортных условиях, отвлечься от трудного учебного года. Посудите сами: новые и красивые корпуса, море, утренняя зарядка, поездка на Красную поляну, поход в сочинский дендрарий, забеги на коньках по ледовой арене и снова море. Вечерами дети слушают лекции, играют в настольный теннис, волейбол и футбол, смотрят кино.

Но «Сириус» это прежде всего образовательные программы и лучшие педагоги. Дети приезжают сюда для того, чтобы насытиться знаниями, пообщаться со специалистами, найти среди сверстников единомышленников, таких же целеустремленных в реализации своего дела.

Скептики сомневаются, может ли школьник создать такой проект, которым заинтересуются серьёзные организации? Практика «Сириуса» говорит - да! С 2016 года в июле там проходит Проектная смена, в рамках которой дети делают нечто невероятное. Попасть на смену 2017 года может каждый, кто сделает интересный научный, технический или инженерный проект. Настоящий проект характерен тем, что он не только учит чему-то, но и его результаты кому-то нужны или решают какую-то проблему.

В прошлом году на Проектную смену в «Сириус» приехали 400 талантливых школьника со всей страны. Участники более 100 часов работали в восьми проектных направлениях , решая проблемы безопасности человека, развития космических технологий и многие другие.

На базе преобразившегося здания олимпийского медиацентра в Сочи создали современные профессиональные лаборатории по молекулярной и клеточной биологии, схемотехнике, нанотехнологиям, прототипированию, наземному транспорту и космонавтике. Занятия начались со встреч с действующими учёными, академиками РАН и специалистами компаний. Гостем участников смены «Сириуса» стал и президент Владимир Путин.

«Мне бы очень хотелось, чтобы работа в этом центре была связана не только с тем, что мы как бы морально поддерживаем талантливых ребятишек, но связана с созданием системы сопровождения талантливых детей от школы до высшего учебного заведения и дальше до производства, собственно говоря, ваших производств. Мне бы очень хотелось, чтобы наши талантливые ребята смогли реализовать себя в нашей стране, и мы с вами должны это сделать не путем административных ограничений, а путем создания наилучших условий для применения их таланта», - отметил глава государства в разговоре с руководителями компаний.

Многие из идей, родившихся в «Сириусе», стали началом историй, получивших продолжение после смены. К примеру, работа над проектом «Технология распознавания личности по мозговой активности» продолжается и сейчас . В основу исследования лёг тот факт, что мозговая активность человека столь же уникальна, как и отпечаток пальца. Над проектом трудились школьники Дмитрий Благинин, Егор Жумиков и студентка Ксения Гнитько. Команда доработала систему, увеличив точность распознавания до 94%. На этом молодые учёные не останавливаются: они собираются разработать полноценную систему распознавания личности и определения психоэмоционального состояния пользователя по данным мозговой активности, которую можно будет использовать ещё и в нейромаркетинге и нейрокоммуникациях.

Другой пример - со школьником начали сотрудничество компании. После участия в проектной смене со старшеклассником Никитой Белебехой в Ярославле заключили две компании, для которых он будет разрабатывать математические модели гиродина для микроспутников, что позволит усовершенствовать космические технологии. Эта работа - продолжение проекта, который Никита начал с командой на смене.

Ещё один успешный пример - . Работу выполнили участники направления «Большие данные» под руководством специалистов из МФТИ. Участники исследовали технологию ранжирования страниц PageRank, которая используется крупнейшими поисковыми системами.

Не всегда для серьёзных научных открытий вам потребуется дорогое оборудование. Так, Андрей Гейм и Константин Новоселов, например, были награждены в 2010 году Нобелевской премией по физике за открытие и получение графена с полоски обычного скотча, к которой был приклеен графит: при отрывании скотча на нем остался мономолекулярный слой графита - графен.

Проектная смена-2017: как попасть?

В 2016 году школьников приглашали исходя из учебных достижений и успехов на олимпиадах. На этот раз шанс приехать в «Сириус» есть у каждого старшеклассника, выполнившего интересный научно-технический проект.

На сайте «Сириуса» идёт приём заявок на Всероссийский конкурс проектных и исследовательских работ школьников. Принять участие в нём могут ученики 8-10 классов из любого региона России.

Для того чтобы участвовать в конкурсе, необходимо до 15 апреля подать заявку на сайте «Сириуса». К заявке нужно приложить документы, достижения в разных мероприятиях и описание своего научно-технического проекта. Экспертное жюри рассмотрит все заявки - итоговый список участников проектной смены станет известен до середины мая.

Смена пройдет с 1 по 24 июля 2017 года, участие в смене бесплатно (включены образовательная и досуговая программа, проезд, проживание и питание).

Подходит к концу первая проектная смена в образовательном центре «Сириус». Обычно здесь проводятся образовательные смены, на которых учащиеся школ готовятся к олимпиадам всероссийского и мирового уровня. Например, команда математиков перед всемирной олимпиадой проходила сборы в «Сириусе». Предполагается в будущем сделать это место одним из основных центров притяжения талантливой молодежи для дальнейшей интеграции в высокотехнологичные проекты, которые находятся на особом счету государства.

Команда Университета ИТМО, помимо обширного участия в проектах, связанных с нанотехнологиями, работала с учащимися школ над несколькими робототехническими проектами. Наша группа состояла из 19 учеников и 3 преподавателей. Заранее мы определили основные технологии и особенности конструкции, которые будут реализованы в ходе проекта. Некоторые проекты ориентированы на автоматизацию определенных процессов, а какие-то имеют больше творческую визуальную составляющую. В качестве основы для создания роботов было решено использовать робототехнический конструктор ТРИК. Здесь уже публиковались примеры использования этого конструктора.

С самого начала мы постарались разбить учащихся на группы по навыкам программирования и конструирования. Для организации работы мы воспользовались системой управления проектами Trello. Так как на работу над проектами отводилось две с половиной недели, остальное уходило на развлекательные и организационные мероприятия, и задач было ограниченное количество, Trello нас вполне устроил. Каждые три дня мы собирались с ребятами и определяли задачи на новый спринт. Нельзя сказать, что это было сделано по всем канонам разработки в серьезных компаниях, но нам удалось познакомить ребят с основами проектного менеджмента. Далее перейдем непосредственно к проектам.

Первый проект связан с взаимодействием человека и робота «human-robot interaction», как с точки зрения дизайна приятной внешности робота, так и с точки зрения общения с человеком и удержания внимания. Сначала ребята разобрались с использованием технологии распознавания речи. Для этого использовался Yandex SpeechKit, который позволяет через http запрос получать в ответ варианты распознанного текста, в порядке убывания вероятности верного распознавания. На самом контроллере ТРИК стоит unix система, и разработчики предусмотрели в системе возможность преобразования текста в речь. Для этого в системе установлен синтезатор речи eSpeak, который озвучивает желаемый текст.
Основная программа была реализована на Qt Script в системе TRIK Studio, поддерживаемой разработчиками конструктора, а часть с передачей аудио файла на сервера Yandex реализуется через bash script. Соответственно, необходимо передать информацию из рабочего пространства linux в область памяти программы на Qt Script, это было сделано через дополнительный файл. В целом, робот может записывать вашу речь, отправлять файл на распознавание и произносить фразы, которые прописаны в общей базе запросов и ответов, или выполнять определенные действия.

Далее стояла задача запрограммировать движения робота. Робот поворачивает глаза в сторону собеседника, привлекая его внимание. По голосовой команде робот может хватать предметы при помощи манипулятора. У робота на борту два контроллера: первый управляет движением колес, снимает информацию с микрофонов и датчиков; второй передает видеоизображение с камеры, управляет манипулятором и движением глаз, зажигает светодиодную ленту во время произнесения текста. Возникает множество задач синхронизации работы программ на разных контроллерах, при этом все части проекта связаны друг с другом через TCP/IP. Например, на одном блоке произношение текста должно сопровождаться анимацией рта, а на другом должна включаться светодиодная лента.

Техническое зрение робота вынесено на отдельный компьютер, где для этого используется OpenCV. Сначала происходит бинаризация изображения, дальше определяется градиент, удаляются вложенные контуры, происходит отбор объектов по геометрическим размерам и площади. Это позволяет определить положение предметов на столе, направить к ним робота и схватить их манипулятором. Все описанные задачи решаются на различных устройствах, ребята в полный рост столкнулись с сетевым взаимодействием и успешно справились с этой задачей. Презентацию проекта можно посмотреть по ссылке.

К этому проекту также относится робот полотер. Он при получении сообщения от первого робота выезжает вперед на заданное расстояние и двигается по заданной области, вращая под собой чистящий элемент. При окончании времени робот начинает поворачиваться вокруг своей оси и искать оранжевую метку. После нахождения, начинает двигаться в направлении метки, пока она не займет значительную область на изображении с камеры. В этом случае обработка изображения выполняется полностью на роботе, он только получает команду на старт. Презентацию проекта можно посмотреть по ссылке, и ещё видео работы.

Все исходные коды программ выложены на github.

В Сочи состоялась проектная смена. Знакомимся с роботами, которых создали талантливые школьники.

Проектная смена образовательного центра «Сириус». Фото vk.com/trikset

В проектной смене «Сириуса» принимали участие школьники 9-11 классов из разных городов России, которые отбирались на конкурсной основе. Школьники реализовали проекты в области робототехники, и других областей. Список направлений опубликован на сайте «Сириуса»:

Приспосабливаем космос для жизни человека.
Конструируем доступный электромобиль для МЧС.
Создаем умную среду обитания.
Контролируем среду обитания.
Делаем жизнь человека безопасной.
Извлекаем пользу из Big Data.
Совершенствуем человека и конструируем функциональную замену человека.

С некоторыми проектами есть возможность познакомится поближе. Команда Университета ИТМО опубликовала на geektimes.ru подробный отчет. Их группа состояла из 19 учеников и 3 преподавателей. Руководителями проектов выступили сотрудники ИТМО Александр Капитонов , Игорь Лосицкий и сотрудник СПбГУ и компании «КиберТех» Илья Широколобов . В качестве основы для создания роботов использовались .

Робот Большой брат

Участники проекта: Вадим Акимов, Глеб Загарских, Даниил Леонов, Леонид Мелентьев, Левон Погосов, Никита Клишин, Артем Харинаев .

Руководитель: Александр Капитонов .

Проект связан с взаимодействием человека и робота (human-robot interaction). Робот привлекательно выглядит, обладает техническим зрением и системой распознавания речи. Машина поворачивает глаза в сторону собеседника, по голосовой команде захватывает предметы манипулятором.

Робот Большой брат. Фото geektimes.ru

Для распознавания речи использована технология Yandex SpeechKit , для синтеза речи — , для технического зрения робота — OpenCV . Реализовано сетевое взаимодействие через TCP/IP. Основная программа робота реализована на Qt Script в системе TRIK Studio , а часть с передачей аудио файла на сервера Yandex — через bash script.

Презентация:

Робот, стирающий с доски

Участники проекта: Николай Гусев, Даниил Павлов, Арсений Репин, Михаил Волков, Марина Шудрик, Маргарита Орёл .

Руководитель: Игорь Лосицкий .

Ребята нашли в интернете похожий проект. Студенты Корнельского университета создали робота, который в автоматическом режиме стирает записи с магнитной маркерной доски. Школьники решили создать систему с более интеллектуальным алгоритмом.

Робот, стирающий с доски. Фото geektimes.ru

Двухколесный робот перемещается по маркерной доске, управляющие команды получает с другого робота, который расположен напротив доски и обладает техническим зрением (робот передает изображение с камеры на компьютер, а где осуществляется обработка изображения с использованием OpenCV). Сетевое взаимодействие через TCP/IP.

Не все детали робота сделаны из конструктора, некоторые распечатаны на 3D принтере.

На видео представлены сразу несколько проектов:

Презентация:

Автоматическая парковка

Участники проекта: Никита Зубач, Кирилл Коршиков, Наталья Ковригина, Михаил Ракицкий, Андрей Леоненко, Георгий Хачатрян .

Руководитель: Илья Широколобов .

Создан прототипа автоматизированной общественной парковки около бизнес-центра.

Автоматическая парковка. Фото vk.com/trikset

Автомобиль подъезжает к шлагбауму, посылает запрос на сервер. Сервер возвращает номер ближайшего свободного места и посылает парковочной системе управляющий сигнал «поднять шлагбаум». Далее автомобиль, имея номер парковочного места, движется по записанной траектории.

В проекте использована библиотека Open CV, реализовано сетевое взаимодействие через TCP/IP. Презентацию проекта можно посмотреть по ссылке .

Видео поднимает настроение!