XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
С роботами по жизини
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В детстве, я много играл роботами-игрушками. Это были роботы-трансформеры, они так называются, потому что они перестраиваются в машины или другие фигуры. Про этих роботов я узнал из мультфильмов и кино. Трансформеры делятся на два клана: автоботы и десептиконы. Они враждуют между собой. Это военные роботы.
Я очень полюбил конструктор Лего. Я мог часами сидеть и собирать конструктор по схеме. Особенно мне понравилось, когда к набору конструктора стали добавлять моторы и возможность скачать приложение на телефон для ее управления. Что позволяет управлять целым рядом уникальных функций, перемещать эту модель вперёд, выполнять разворот, поворачивать, ускоряться, тормозить, воспроизводить звуки, а также получать обратную связь в режиме реального времени!
Когда я окончил 1 класс, мы с другом посетили выставку роботов в городе Нижний Тагил.
Я увидел робота Кобру. Если к ней протянуть руку, она открывала рот и тянулась ко мне. Меня поразила машина-робот, которая собирала кубик-рубик. Я его разобрал, а машина полностью собрала его по цветам. А робот – динозавр катал на себе маленьких детей. Удивил меня также робот, который стрелял специальными шариками. И я понял, что роботы полезны, их можно использовать для игр, для работы и учебы.
Я считаю это актуальным, потому что нельзя не интересоваться современными технологиями. Я захотел создать робота своими руками, чтобы он мне в чем-то помогал, например собирал мусор, а если получится и мыл пол. Передо мной возник проблемный вопрос: смогу ли я сам сделать так робота?
Так возникла тема исследования: «С роботами по жизни».
На классном часе я рассказал одноклассникам о своём увлечении и провёл анкетирование. Я выяснил, что большинство ребят согласны, что роботы окружают нас в современном мире. Они нужны нам для работы, помощи в хозяйственных делах, способных не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных бытовых операций. (Приложение 1)
Объект исследования: роботы.
Предмет исследования: назначение роботов.
Цель исследования: выяснить возможность создания небольших роботов учеником начальных классов.
Задачи:
1.Освоить приемы исследовательской деятельности;
2.Выяснить значимость роботов в жизни современного человека;
3.Создать робот-пылесос с помощью робототехнического конструктора Lego mindstorms EV3.
Гипотеза: смогу ли я сделать несложного робота для мелких домашних работ.
Методы исследования: анкетирование, изучение литературы и материалов в сети Интернет по теме (кино, мультфильмы, книги, робототехника), анализ и обобщение полученных результатов, технические опыты.
Предполагаемый результат: робот-пылесос, который будет собирать мусор и мыть пол.
Практическая значимость работы состоит в том, что её результаты помогут мне в дальнейшем изучении робототехники, могут быть использованы на занятиях в школе.
1.Теоретическая часть «История возникновения роботов»
1.1. Что такое «робот»?
Чтобы проверить свою гипотезу, мне нужно было узнать всё о роботах.
Ро́бот (чеш. robot, от robota — подневольный труд) — автоматическое устройство. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком. При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
Впервые термин робот появился в пьесе «R.U.R» (Rossum's Universal Robots, 1917, издана в 1921) автора Карла Чапека в соавторстве со своим братом Йозефом. В которой повествуется о создании отцом и сыном производства роботов.
Слово «робот» — чешское и является родственником русскому «работа». Первоначально Чапек назвал свои создания «лаборами» от латинского слова labor – работа. Но затем по совету брата поменял название на robot от чешского слова robota – тяжелый принудительный труд.
Один из героев пьесы, генеральный директор компании «РУР», отвечая на вопрос «что такое роботы?», говорит: «Роботы — это не люди, они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души». Так впервые появилось новое понятие «робот», которое вскоре стало играть важную роль не только в фантастической литературе, но и в науке и технике.
1.2 Первые роботы и история их развития
Первого реального документированного экземпляра робота придумал греческий математик Архит в 4 веке до н.э. Он создал деревянную механическую паровую птицу, которую он назвал «Голубем». Птица была подвешена на конец поворотного стержня, а аппарат вращался под слоями сжатого воздуха и пара.
Первый чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Его записи были найдены только в 1950-х годах и содержали подробные чертежи рыцаря, способного двигать руками и головой.
Швейцарец Пьер Жаке Дро, живший в 18 веке и основавший знаменитую часовую компанию Jaquet Droz. Создал сложнейшие устройства:
«Писарь» – автоматическая фигура мальчика, содержащая около 4 000 деталей, была способна написать любой текст из 40 знаков, самостоятельно макая перо в чернильницу;
« Художник» – похожий автомат, только вместо текста наносивший на бумагу различные рисунки, например портреты людей, изображения животных и т. д.; «Девушка-музыкант» – автомат в виде органистки, который умел наигрывать на небольшом органе 5 различных мелодий, при этом двигая головой и телом, а в конце выступления изящно кланяясь.
К концу XIX века инженер из России Чебышёв Пафнутий придумал механизм — стопоход, который обладал высокой проходимостью. Конечно, это изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но сама задумка дала определенный толчок к развитию технологий роботостроения.
В СССР в 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал «робота», который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских.
"Робот" имел небольшую особенность: мотор был слабоват, и прямая рука поднималась лишь чуть выше плеча. Творение Мацкевича могло только поднимать руку, не выполняло никаких полезных действий и не обладало искусственным интеллектом, однако выглядело похожим на человека - так, как должен выглядеть классический робот в представлении широких масс.
Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина в Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 №203, — первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970г.
Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.
1.3 Современные роботы и их роль в жизни человека и общества
Конструкция роботов, их внешний вид и их назначения могут быть самыми разными. Одни роботы созданы, чтобы упростить человеку работу или сделать ее безопаснее. Другие – ради развлечения.
Луноход: Марсоход:
Роботы-ортезы в протезировании и медицине:
Роботы в промышленности:
Роботы с искусственным интеллектом:
Роботы в сфере безопасности:
Роботы в быту:
Роботы для развлечения:
Оказывается, роботы нужны человеку для самых разных целей, поэтому они бывают не только военные, а ещё медицинские, роботы-спасатели, экскурсоводы, строители, разведчики, поющие роботы. Их делают в виде животных – собака-робот, кошка-робот, робот-насекомое. Или делают роботов, похожих на человека - это роботы-андроиды.
Я понял, что роботы появились не сами, их придумал человек для облегчения своего труда (работы). Человек умнее роботов, он может создавать роботов для своих целей, закладывать в них программы. Он даже придумал искусственный интеллект. Роботы с такими интеллектуальными программами могут заниматься творчеством, почти как человек.
2. Практическая часть «Создание своего робота»
2.1 Кружок «Робототехника»
Робототехника -это мое серьезное увлечение, и я решил посвятить свой исследовательский проект именно этой теме. Я хочу доказать, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием, которое может в дальнейшем стать профессией. В кружке робототехники я изучаю возможности конструктора «Lego EV-3». На занятиях мы собираем различные варианты базовых моделей роботов по схемам, в том числе - роборука.
Я понял, что возможности конструкторов обширны, но ограничены количеством деталей и датчиков каждого конкретного набора и для достижения наилучшего результата – изобретения робота с широким набором возможностей – необходимо использовать несколько наборов конструкторов разного уровня сложности, а также всевозможные подручные средства.
2.2 Конструирование робота.
Своего робота я решил сделать на занятиях робототехники. Помогала мне в этом преподователь Логинова Алена Витальевна. Мне потребовалось: два больших мотора, два средних мотора, главный блок управления, четыре шаровых опоры, два больших колеса, штифты, балки, втулки, из пластмассовой бутылки сконструировал коробочку для мусора, переднюю щетку сделал из поролонового валика и половой ветоши, заднюю щетку сладил из диска большого колеса и поролона. Вот что у меня получилось:
Этот робот собирает мусор и делает влажную уборку. (Приложение 2)
Схемы программ:
Программа содержит два цикла, один цикл направлен на работу среднего мотора, второй направлен на работу больших моторов. Установлен ультразвуковой датчик, который позволяет роботу за 15 см до стены развернуться и поехать в другом направлении. Программа создана для сбора мусора.
Программа содержит три цикла, два из которых направлены на работу средних моторов – они работают одновременно. Так же установлен ультразвуковой датчик, благодаря которому за 15 см до стены робот поворачивается. Программа создана для того, чтобы робот смог одновременно убирать мусор и мыть пол. Я очень доволен своей работой.
3. Заключение
Я выяснил, что человек придумал роботов для того, чтобы они выполняли работу вместо него. Это удобно, когда работа тяжёлая, опасная или когда нужно работать долго и много. И конечно заменяли бы человека в работе по дому. В каждом случае роботы очень помогают человеку.
В результате исследования моя гипотеза подтвердилась – несложного робота можно сделать ученику начальных классов.
Я понял - для того, чтобы уметь делать роботов, мне нужно ещё многому учиться. Самые важные предметы – физика, информатика и математика.
Я думаю, что продолжу свою работу над изобретениями разных роботов и буду продолжать изучать робототехнику и конструктор ЛЕГО Майндстормс EV3
В наши дни робототехника применяется абсолютно во всех областях и профессиях: в промышленности, в медицине, на войне и даже в космосе, роботы помогают нам по дому, а возможно в будущем и заменят многие профессии человека вообще.
В ходе моих исследований, я хотел показать, что изготовление робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но каждый школьник может придумать дизайн одного из них.
Итак, тема роботов и робототехники актуальна и по сей день как среди детей, так и среди взрослых. Я очень хочу, чтобы мое увлечение стало моей профессией, но если я не стану конструктором, я знаю, что навыки, приобретенные при занятиях робототехникой, пригодятся мне в дальнейшем и в учебе, и в работе.
За роботами – будущее!
4. Список использованной литературы
1. "Роботы. Большая энциклопедия". Переводчик: Райтман М. А. - М:Эксмо, 2021, 144с.
2. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов- М:Эксмо, 2002, 512с.
3. Робототехника. 2-4 классы. Учебник. В 4-х частях. Д.И.Павлов, М.Ю.Ревякин. М.: Просвещение, 2021, 64c.
4. Робототехника для детей и родителей. Филиппов С.А. - СПб.: Наука, 2011, 263 с.
5. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Изобретения- М.: АСТ, 1999, 512с.
Приложение 1
Чтобы изучить мнение о роли роботов в нашей жизни, я разработал анкету и попросил ребят ответить на вопросы в классе. Результаты оформил в виде диаграммы:
Результаты анкетирования показали, что тема роботов интересна ребятам. Из числа опрошенных 17 учеников отметили, что их в повседневной жизни окружают роботы. Большинство детей понимают, где в повседневной жизни их окружают роботы. Следует отметить, что 18 человек считают, что роботы нужны, чтобы помогать людям. Ребята отметили, что людям в современном мире необходимы: робот – уборщик, робот – сборщик, робот –спасатель, робот –водолаз, робот –луноход, робот для развлечения.
Отмечу, что многие из ребят хотели бы, чтобы в школе проводились занятия по робототехнике. Следовательно, тема роботов и робототехники актуальна и по сей день, как среди детей, так и среди взрослых.
Приложение 2
Сконструированный «Робот- пылесос»