Кибернетическая система "Лошарик". Научные игрушки

Подробности

Обновлено 14.06.2021 19:51

Так выглядит робот - «а ля Лошарик» из далекой Америки. А Вы мечтали в детстве, чтобы ваши игрушечные лошадки оживали иначинали двигаться самостоятельно?
"Собери себе робота!" - эта кибернетическая система “Topobo” предназначена для детей от 5 лет.
Игрушка появилась в 2003 году, а теперь этот конструктор можно купить. Набор был создан исследователями из Массачусетского технологического института.

С помощью этого конструктора можно собрать практически любого «лошарика»: от созданий, напоминающих реальных животных и до «киношных» монстров. Главная особенность системы - собранные игрушки можно программировать на любые сложные движения без всякого компьютера, все это могут сделать дети своими руками. А секретэтой простоты кроется в моторчиках с так называемой кинетической памятью.

Предшественником американского «лошарика» считается набор Lego Mindstorms. В последнюю его модификацию входят центральный блок с электронными «мозгами», которые можно программировать, сервоприводы, датчики (контакта, звука, света, ультразвуковой сенсор), всяческие проводки и набор «кирпичиков», из которых можно собрать хоть андроида, хоть скорпиона, хоть лифт, хоть промышленный манипулятор настольного масштаба.

Базовая программа, с помощью которой оживляют NXT-ботов, проста в обращении (интерфейс drag and drop), но если владелец набора желает пойти дальше, то он может сам написать любой софт для своего подопечного.
Но кто сможет все это сделать? Явно не маленький ребенок!

...а вот «животные», получающиеся из Topobo, подходят даже для дошколят.
Авторы игрушки Topobo считали, что ребёнок должен просто играть с этим «лошариком», как он играет с обычными игрушками, переставляя своими руками их лапки или поворачивая им голову.
Осталось только сделать маленькое чудо, чтобы после такого прямого обучения игрушка сама бы начала двигаться и смогла бы выполнить набор действий, заданных хозяином.
Робота “Topobo” сначала можно просто поводить по столу, последовательно шевеля его ногами или другими частями тела, а затем, нажав кнопку, увидеть повтор всех этих движений. А если что-то пошло не так, и игрушка падает? Берите ее вруки и повторите все движения еще раз. И будет вам развлечение!

Крутите, как хотите! - это и есть основное правило программирования Topobo. Можно получить отклик лишь от одной детали, а можно - от робота в целом.
Помимо мелких вспомогательных деталей конструктор состоит из элементов двух основных типов.
Первые из них называются пассивными элементами («пассивами»). Это совершенно инертные детальки разнообразной формы, из которых можно собирать различные фигурки, простыми движениями стыкуя «пассивы» между собой.

Первые образцы «пассивов» выглядели просто, но их форма, напоминающая детальки пазла, позволяла создавать затейливые фигурки. Позже «пассивы» стали изготавливать разноцветными методом трёхмерной печати из пластика.
Узлы второго типа называются активными блоками или «активами». Эти детали робота имеют внутри сервомоторчики! Каждый «актив» содержит один моторчик, микросхему с памятью и высокоточный датчик угла поворота. Несколько «активов» связываются еще при этом силовой и информационной сетью.
«Активы» соединяются с «пассивами» и между собой в любом сочетании.

Первые Topobo были одноцветными. Лишь позже появилась окраска деталей во все цвета радуги, поэтому стало легче сортировать при сборке принципиально разные функциональные элементы.
На корпусе «актива» есть кнопка, переключающая его (а заодно и всего робота) в режим записи или воспроизведения. При записи человек своими руками производит с ботом любые желаемые манипуляции, адатчики в«активах» аккуратно записывают, как меняется угол поворота валов во времени.

Полный угол поворота вала «актива» составляет 170 градусов. При записи датчик положения снимает показания 36 раз в секунду, а погрешность измерения позиции вала составляет менее одного градуса. Продолжительность записи составляет 34 секунды.
При воспроизведении все «активы» стартуют синхронно, а далее каждый начинает отрабатывать свою партию, хранящуюся во встроенной памяти. Каждый «актив» знает только последовательность собственных движений, но этого вполне достаточно, чтобы игрушка работала как единое целое.

При таком подходе максимально упрощается перепрограммирование игрушки после того, как ребёнок разобрал своего «лошарика» и сделал из тех же деталей конструктора другую фигурку. Одно нажатие кнопки «запись/воспроизведение», пара движений игрушки вручную, и снова нажатие кнопки. И вот уже новый «лошарик» осваивает просторы квартиры. Третье нажатие всё той же кнопки останавливает «лошарика».
Кстати, кнопка эта подсвечивается красным во время записи и зелёным при воспроизведении движений - не запутаешься.

Чтобы разнообразить возможности системы, авторы придумали особый тип « активов», которые назвали «королевами».
Эти « активы», будучи соединёнными информационной шиной сразу с несколькими обычными «активами», могут управлять последними из своей памяти. Это дает роботу новые способности.
Можно усложнить игрушку: подключить к ней проводной кнопочный пульт. Программирование игрушки с таким пультом осуществляется также, как и раньше - простым действием на сочленения «лошарика» руками. Пульт позволяет записать четыре отдельные программы и потом воспроизводить их по желанию, или вмешиваться в работу подопечного напрямую.
Инженеры создали и еще один пульт, позволяющий программировать Topobo при помощи поворота колёсиков и рукояток.

Появился ещё один тип деталей - «рюкзак», подключаемый при желании к «активу». В «рюкзаке» может содержаться какой-нибудь датчик (например, внешнего освещения) или дополнительная кнопка, с помощью которой можно изменять ранее записанную программу (менять размах движений и/или их скорость). Сенсор позволит создать робота, чьи действия будут зависеть от внешнего освещения.
В 2007 году набор Topobo завоевал титул «Самой играющей робототехнической игрушки» на международном фестивале в Дании.
Самый простой набо Topobo называется «Experimenter» и состоит из 100 элементов.
А для детского коллектива можно приобрести набор «Classroom», состоящий из 1000 элементов ( 850 пассивов, 16 простых активов и 8 «королев»)...