XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Робот-няня на базе конструктора Lego Spike Prime

• Авторы
• Руководители
• Наградные документы

Введение

В современном мире, где родители часто заняты работой и другими делами, вопрос обеспечения качественного присмотра за детьми становится всё более актуальным. В таких условиях инновационные устройства, способные обеспечить безопасность и развлечения для детей в отсутствие взрослых, становятся всё более востребованными.

Целью данной исследовательской работы является создание инновационного устройства, способного обеспечить качественный присмотр и развлечения для детей в отсутствие родителей.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• Рассмотреть существующие технологии и устройства для присмотра за детьми, чтобы определить основные тенденции и направления развития в этой области.

• Выделить основные виды роботов-помощников, которые могут быть использованы для присмотра за детьми.

• Изучить популярные виды роботов-нянь, чтобы понять, какие функции и возможности они предоставляют.

• Исследовать, как использование инновационных устройств влияет на развитие навыков общения, критического мышления, творчества и эмоционального интеллекта у детей.

• Выделить преимущества и недостатки роботов нянь в сравнении с людьми, чтобы оценить их эффективность и целесообразность использования.

• Создать робота-няню на базе конструктора Lego Spike Prime, используя доступные материалы и компоненты.

• Запрограммировать робота в ПО Spike Prime, чтобы обеспечить его функциональность и взаимодействие с окружающей средой.

Данная работа представляет собой исследование, направленное на создание инновационного устройства — робота-няни, который будет использоваться для присмотра за детьми в отсутствие взрослых. В ходе исследования будут рассмотрены существующие технологии и устройства, выделены основные виды роботов-помощников и изучены популярные виды роботов-нянь. Также будет проведено исследование влияния использования инновационных устройств на развитие навыков детей и выделены преимущества и недостатки роботов в сравнении с человеком. Результаты исследования могут быть полезны для дальнейшего развития технологий присмотра за детьми и создания более эффективных и безопасных устройств.

Глава 1. Существующие технологии и устройства для присмотра за детьми

1. 1. Разновидности роботов-помощников

Социальные роботы-няни предназначены для общения и избавления от одиночества. Они могут быть использованы для поддержания социальных связей пожилых людей, а также для улучшения качества жизни людей с ограниченными возможностями. (Рисунок 1.1.1, Приложения)

Вспомогательные роботы-няни созданы для помощи людям с ограниченными возможностями или нуждающимся в уходе. Они могут выполнять различные функции, такие как помощь в передвижении, поддержка при выполнении повседневных задач и обеспечение безопасности. (Рисунок 1.1.2, Приложения)

Обучающие роботы-няни выполняют роль репетиторов и преподавателей. Они могут использоваться для обучения детей различным предметам, а также для предоставления дополнительных образовательных услуг. (Рисунок 1.1.3, Приложения)

Терапевтические роботы-няни поддерживают эмоциональное и психическое благополучие пользователей. Они могут применяться для проведения сеансов психотерапии, а также для оказания психологической поддержки людям, находящимся в стрессовых ситуациях. (Рисунок 1.1.4, Приложения)

Роботы-няни для домашних животных. Они могут заботиться о домашних животных, обеспечивая им необходимый уход и внимание. (Рисунок 1.1.5, Приложения)

Развлекательные роботы-няни предоставляют разнообразные способы развлечения. Они могут использоваться для проведения детских праздников, организации мероприятий и создания атмосферы веселья и радости.

Роботы-персональные помощники помогают с повседневными задачами. Они могут выполнять различные функции, такие как уборка, приготовление пищи, стирка и другие бытовые задачи.

1. 2. Популярные социальные роботы

Робот ElliQ создан специально для пожилых людей. (Рисунок 1.2.1, Приложения)

Большинство пожилых людей сталкивается с изоляцией, поскольку не могут вести активную жизнь и испытывают проблемы со здоровьем. Для этого и создан ElliQ – робот может создать дополнительный круг общения и окажет помощь в организации досуга.

Робот запоминает информацию, которой пользователь с ним делится, и использует ее в дальнейшем, постепенно сближаясь с владельцем. ElliQ включает доступ к разнообразному контенту: видеотренировкам, музыке, новостям и играм. Еще робот проводит ежедневные проверки здоровья, оценивает качество сна и другие показатели.

ElliQ состоит из трех модулей. Базовый, стационарный, служит док-станцией для второго, мобильного, в виде планшета. Они во многом дублируют друг друга и предназначены для постоянной поддержки контакта с пользователем. Для этого на каждом смонтирован набор видеокамер и микрофонов, есть сенсоры движения и динамики для воспроизведения музыки и речи. Третий модуль – «голова» на подставке, которая поворачивается и наклоняется, реагируя на голос пользователя и имитируя внимательного собеседника во время разговора. [1]

Робот Promobot

Promobot — это человекоподобный робот. (Рисунок 1.2.2, Приложения)

Робот способен реалистично отображать внешность человека, имитировать мимику, общаться в рамках заданной темы, распознавать лицо человека, запоминать полученную о нем информацию. Робот также позволяет осуществлять сохранение и анализ данных в текстовом формате, а также транслировать ранее загруженные фото-и видеофайлы.

Назначение робота Promobot:

1 для привлечения внимания:

• обладает гиперреалистичной человеческой внешностью и мимикой;

• выражает эмоции на лице, моргает и подмигивает глазами;

• жестикулирует руками во время взаимодействия с собеседником;

2 для взаимодействия с людьми:

• запоминает и узнаёт лица людей;

• инициирует разговор;

• поддерживает диалог на общие темы;

• общается на заранее запрограммированные темы;

• рассказывает о компании, продукте, сервисе;

• отвечает на вопросы.

Робот Promobot— это автономный сервисный робот, предназначенный для коммуникаций с людьми. Может выполнять функции консультанта, промоутера, администратора, консьержа, экскурсовода и других. А также собеседника для одиноких людей. [2]

Pepper — это робот-гуманоид.

Робот ростом 120 см на колесной платформе способен выполнять разнообразные бытовые задачи и функции, от домашнего помощника до сторожа помещения.

Особенностью робота является его способность распознавать человеческие эмоции. Pepper также может обучаться самостоятельно новым действиям через простое общение с человеком в реальной среде.

Благодаря машинному обучению и продвинутому ИИ робот изучает и запоминает поведение людей, пополняя свою базу знаний в облачной системе хранения информации.

Как именно сможет помочь именно вам Pepper? Дома, он сможет вам напомнить о важных делах, поддержит диалог, найдет ответ на интересующий вас вопрос. (Рисунок 1.2.3, Приложения) [3]

Moxie - это робот с технологией машинного обучения, которая позволяет ему воспринимать, обрабатывать и реагировать на естественные разговоры, зрительный контакт, мимику и другое поведение, а также распознавать и вспоминать людей, места и вещи.

Moxie — робот с искусственным интеллектом, который должен способствовать развитию детей. Сегодня основное внимание уделяется формированию у детей социальных и эмоциональных навыков, позитивного мышления, что помогает им учиться управлять своими эмоциями, развивает способность к коммуникации и т.д. Робот разработан так, что может помочь детям раскрыть круг своих интересов и вызвать у них стремление учиться.

Глава 2. Влияние инновационных устройств на развитие детей

Технологии и гаджеты оказывают значительное влияние на детей и подростков. Они предоставляют огромные образовательные и развлекательные возможности, но также могут создавать проблемы с физическим и психическим здоровьем.

Вот некоторые аспекты влияния технологий и гаджетов на детей и подростков:

• Образование и обучение. Онлайн-курсы, электронные учебники и образовательные приложения делают обучение более доступным и интересным.

• Развлечения и социальные сети. Социальные сети и развлекательные приложения могут стать источником развлечений и общения для детей и подростков.

• Физическое здоровье. Избыточное время, проводимое перед экранами, может негативно влиять на физическое здоровье детей и подростков.

• Психическое здоровье. Дети и подростки могут столкнуться с проблемами, такими как зависимость от социальных сетей, кибербуллинг, снижение самооценки из-за сравнения себя с другими в социальных медиа.

• Обучение и развитие навыков. Технологии могут помочь детям и подросткам развивать навыки, которые им пригодятся в будущем, такие как программирование, креативное мышление и проблемное решение.

Глава 3. Преимущества и недостатки роботов-нянь в сравнении с нянями людьми

Повышенная безопасность: роботы-няни оснащены различными датчиками и камерами, которые позволяют владельцу контролировать безопасность своего питомца в режиме реального времени.

Регулярное кормление: многие роботы-няни способны автоматически кормить питомцев по расписанию, что обеспечивает регулярное питание владельческого животного.

Интерактивные возможности: роботы-няни часто оснащены игровыми функциями и интерактивными игрушками, которые могут предоставить питомцу развлечение и забаву в отсутствие владельца.

Запись видео и аудио: некоторые роботы-няни позволяют владельцу записывать видео и аудиофайлы во время взаимодействия с животным.

Преимущества роботов-нянь:

1.Повышенная безопасность: роботы оснащены датчиками и камерами для контроля безопасности детей.

2.Регулярное кормление: автоматическое кормление по расписанию.

3.Интерактивные возможности: игровые функции и игрушки для развлечения детей.

4.Запись видео и аудио: контроль поведения и состояния детей.

Недостатки роботов-нянь:

1.Невозможность индивидуального подхода к каждому ребёнку.

2.Ограниченные возможности общения и эмоциональной поддержки для детей.

3.Необходимость технического обслуживания и замены деталей

Глава 4. Практическая часть

4.1 Создание робота няни на без конструктора Lego Spike Prime

Наша команда создала робота нюню для помощи многим семьям на базе конструктора LegoSpikePrime.(Рисунок 4.1.1, Приложения) Включает в себя следующие элементы: SmartHub, датчик силы нажатия, датчик цвета, 2 средних мотора, 1 большой мотор.

3а перемещение отвечают средние моторы, которые приводят в движение 4 колеса, расположенных в паре по бокам. Дополнительную опору обеспечивает шарнир, который является 3 колесом. Колёсная база скреплена единым каркасом, на котором располагается микроконтроллер. Всё это обеспечивает правильное распределение веса, которое обеспечивает роботу устойчивость. (Рисунок 4.1.2, Приложения)

Большой мотор приводит в движение две руки, с помощью угловой зубчатой передачи. (Рисунок 4.1.3, Приложения) На каждой руке установлены датчики и дополнительные функции.

Правая рука умеет определять состояние подгузника с помощью датчика цвета. (Рисунок 4.1.4, Приложения)

Левая рука, определяет настроение ребенка. Оснащена датчиком силы нажатия, а также пустышкой. (Рисунок 4.1.5, Приложения)

Для обнаружения ребенка, в основание колесной базы установлен ультразвуковой датчик. (Рисунок 4.1.6, Приложения)

Также конструкция оснащена специальной подставкой для телефона или планшета, для просмотра мультфильмов, или для видеонаблюдения. (Рисунок 4.1.6, Приложения)

4.2. Создание программы для робота-няни в ПО LegoSpikePrime

Программа включает в себя три подпрограммы, отвечающих за:

Перемещение и поиск ребенка

Определение состояния подгузника

Определение настроения ребенка

Первая подпрограмма работает от ультразвукового датчика, используя программный блок «если…то…иначе…». В случае если ультразвуковой датчик видит дальше 50 см, робот начинается вращаться на месте с помощью блока «начать движение вправо». Если датчик видит ближе 50 см, то дальше 20 см, робот движется прямо – это означает, что обнаружен ребенок. Если датчик увидел ближе 20 см – ребенок рядом, робот останавливается. Программа зациклена, таким образом робот все время в режиме обнаружения ребенка. (Рисунок 4.2.1, Приложения)

Вторая подпрограмма работает с помощью датчика цвета, определяет состояние подгузника. В начале подпрограммы задаем значение 0 переменной «подгузник». Далее датчик цвета определяет состояние, если цвет «желтый», то на экран компьютера поступает сигнал -10, если цвет «белый» - 0. (Рисунок 4.2.2, Приложения)

Третья подпрограмма определяет настроение ребенка, работает от датчика силы нажатия. В начале подпрограммы задаем значение 0 переменной «плаки-плаки». Далее в зависимости от состояния датчика выводится значение на экран ноутбука, чем сильней ребенок нажимает на датчик – тем выше будет значение, в случае если ребенок совсем расстроен, начинают двигаться руки и выдается пустышка. (Рисунок 4.2.3, Приложения)

Все три подпрограммы запускаются одновременно, таким образом робот может выполнять несколько функций.

Заключение

В ходе выполнения исследовательской работы были решены все поставленные задачи. В результате была создана модель робота-няни на базе конструктора Lego Spike Prime, а также проведено исследование влияния использования инновационных устройств на развитие навыков детей и выделены преимущества и недостатки роботов в сравнении с человеком.

Были рассмотрены существующие технологии и устройства для присмотра за детьми, что позволило определить основные тенденции и направления развития в этой области. Также были выделены основные виды роботов-помощников, которые могут быть использованы для присмотра за детьми. Это помогло создать модель, которая соответствует реальным условиям и может эффективно выполнять свои функции.

Популярные виды роботов-нянь были изучены, чтобы понять, какие функции и возможности они предоставляют. Это позволило создать модель с необходимыми функциями для обеспечения качественного присмотра и развлечений для детей.

Исследование влияния использования инновационных устройств показало, что они могут положительно влиять на развитие навыков общения, критического мышления, творчества и эмоционального интеллекта у детей. Однако необходимо учитывать, что роботы не могут полностью заменить человеческое общение и взаимодействие.

Преимущества и недостатки роботов нянь в сравнении с людьми были выделены. Преимущества включают в себя возможность круглосуточного присмотра, безопасность и отсутствие усталости. Недостатки включают в себя ограниченные возможности в области эмоционального взаимодействия и необходимость постоянного технического обслуживания.

Модель робота-няни была успешно создана на базе конструктора Lego Spike Prime. Она обладает необходимыми характеристиками для выполнения своих функций и может быть легко модифицирована для улучшения её производительности.

Программирование робота в ПО Spike Prime обеспечило его функциональность и возможность взаимодействия с окружающей средой. Соединение модулей по Bluetooth позволило обеспечить надёжную связь между роботом и другими устройствами.

Результаты исследования могут быть полезны для дальнейшего развития технологий присмотра за детьми и создания более эффективных и безопасных устройств. Они также могут быть использованы для разработки новых методов и подходов к созданию роботов-нянь, которые будут способны демонстрировать более высокий уровень мастерства и точности в работе с детьми.

Начало формы

Конец формы

Список используемых источников

1. https://on-smart.ru/blog/robot_eliq_sozdan_specialno_dla_pojelih_lydey/

2. https://promo-bot.ru/

3. https://www.tadviser.ru/in, https://101wow.ru/)

https://www.b17.ru/article/470803

Приложения