Дрон из школьного учебника

«В российские школы вернулся обновленный предмет — труд. Он включает в себя обязательные и вариативные модули. Среди обязательных есть модуль “Робототехника”, который дополнен темами по беспилотным летательных аппаратам. Наш учебник подробно раскрывает тему БАС: их конструирование, программирование и пилотирование. Он рассчитан на 34 академических часа. Пособие будет интересно не только учителям труда, но и преподавателям смежных дисциплин, таких как информатика, физика, основы безопасности и защиты Родины и других. Подобные материалы очень востребованы и на факультативных занятиях в учреждениях дополнительного образования, оснащенных беспилотниками: кванториумах, точках роста, кружках по авиации и робототехнике», — рассказал «Стимулу» автор издания, руководитель отдела образовательных проектов ГК «Геоскан» Михаил Луцкий.

В последнее время беспилотники проникают во все сферы жизни. Запрос на них растет гигантскими темпами, и в связи с этим с прошлого года запущен национальный проект «Беспилотные авиационные системы». Он посвящен созданию перспективной самостоятельной отрасли экономики, связанной с разработкой и использованием гражданских беспилотных летательных аппаратов и рассчитан на период до 2030–2035 годов. В его состав входит и федеральный проект «Кадры для БАС». По данным Минпросвещения, в рамках проекта определено 523 школы и 30 колледжей из 30 субъектов России, где будут обучать навыкам работы с беспилотниками. К 2030 году в стране будет подготовлено около миллиона специалистов по беспилотной авиации.

«Современные учебно-образовательные БАС оснащены различными системами стабилизации и ориентации, они могут безопасно летать в помещении, причем автономно, — поясняет Михаил Луцкий. — И на самом деле беспилотники — это достаточно простая история. Можно к ним относиться как к наземной робототехнике, за тем исключением, что робот, который раньше ездил, начал летать. И вместо колес у него пропеллеры».

С помощью этих воздушных роботов ученик может лучше понять, как происходит конструирование, прототипирование, освоить те или иные программы 3D-моделирования.

«Когда в первый раз ребенок собирает дрон, — говорит эксперт ГК “Геоскан”, — он узнает, почему беспилотник взлетает, как работает воздушный винт, как работает дальномер. Ученик управляет беспилотником, осваивает пилотирование. Естественно, изучает алгоритмику, начиная с визуального программирования, блочного, заканчивая различными высокоуровневыми языками. И дальше, уже в более старшем возрасте, ребята могут постигать более сложные технологии: и нейронные сети, и алгоритмы роевого взаимодействия, и машинное обучение».

Руководитель отдела образовательных проектов ГК «Геоскан» Михаил Луцкий

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Беспилотник со всех сторон

Учебное пособие состоит из шести глав: «Общее введение в беспилотную авиацию», «Классификация и устройство беспилотников», «Электронный компонент беспилотных воздушных судов», «Основы ручного пилотирования», «Программирование автономных полетов», «Тренды и профессии в мире беспилотников». Издание содержит актуальную информацию о сфере применения БАС, а также задания, которые помогут учащимся применять полученные знания на практике.

«В первой главе мы рассказываем, — говорит автор пособия, — что такое беспилотник, как эти устройства называются. Есть БАС — беспилотная авиационная система, есть БВС — беспилотное воздушное судно, есть более разговорное — БПЛА, беспилотный летательный аппарат. Наименований появляется очень много, и мы постарались собрать все в единую систему, даем ссылки на Росавиацию. Рассказываем также о развитии беспилотников, причем на примере разработок российских инженеров. В нашей стране всегда была достаточно сильная школа робототехники. Описываем реальные продукты, которые сейчас уже не только разрабатываются, но и используются».

Страницы учебника

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Вторая глава посвящена устройству беспилотного летательного аппарата. Обучающиеся узнают, что такое подъемная сила, как воздушный винт поднимает аппарат в воздух и удерживает в определенной позиции. Как различаются воздушные винты? Почему трехлопастной будет в каких-то случаях менее эффективным, чем двухлопастной? Чем между собой различаются литий-полимерные батареи и чем они, например, могут быть опасны, какие меры предосторожности нужны при работе с ними? Расписана классификация современных беспилотников, как они устроены с точки зрения конструкции, из каких материалов состоят.

Третья глава посвящена электронным компонентам беспилотного летательного аппарата. К примеру, объясняется, почему без акселерометра и гироскопа полет современного квадрокоптера практически невозможен. Какие есть системы связи, полезные нагрузки.

«Любой беспилотник является носителем той или иной полезной нагрузки, — поясняет Михаил Луцкий. — Это могут быть камеры, специальные датчики, лидары, газоанализаторы, гамма-спектрометры. Работа с БАС будет интересна, к примеру, и учителям биологии. Свои проекты смогут организовать преподаватели других естественнонаучных дисциплин. Данная тематика точно так же, как и классическая робототехника, является междисциплинарной. Можно делать большое количество проектов. Как из различных конструкторов собирали машинки, так и из компонентов можно собирать беспилотники».

Можно осваивать 3D-моделирование, использовать ЧПУ-станки, такие как 3D-принтер или станок для лазерной резки, вырезать детали коптеров из фанеры, других материалов. В качестве примера приведем один из проектов.

Ученик девятого класса московской школы № 548 Тимур Россихин разрабатывает модуль с системой забора воды, крепящийся к дрону. Юный исследователь изучил работу беспилотного летательного аппарата (квадрокоптера), отобрал наиболее подходящие электронные компоненты, разработал чертежи и объемную 3D-модель, собрал, запрограммировал и протестировал прототип, провел исследования в различных условиях.

«Я нашел достаточно много аналогов, как иностранных, так и отечественных, они все разные, но я выявил их общий недостаток — забор возможен только с поверхности. На этом и основана концепция моего проекта — предоставить возможность забора с глубины. Мое устройство может применяться для отбора проб воды для дальнейшего изучения в лаборатории. Это необходимо для понимания того, от каких вредных веществ нужно провести очистку водоема», — рассказал Тимур «Стимулу».

Практические задания в учебнике

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Ребята подают подобные проекты на различные конференции, участвуют в конкурсах. Беспилотные летательные аппараты представлены в целом ряде конкурсов, таких как Национальная технологическая олимпиада (профиль «Беспилотные авиационные системы»), соревнования по профессиональному мастерству «Профессионалы», фестиваль робототехники «Робофинист» и другие.

Ежегодно ГК «Геоскан» проводит конкурс Hello, Pioneer!, принять участие в нем могут все желающие, у кого есть возможность создать проект на продуктах линейки «Геоскан Пионер». В конкурсе пять номинаций: лучший программный проект, лучший конструкторский проект, лучший комплексный проект, лучший креативный проект и лучший методический проект. Участники могут не только развить свои умения в сфере программирования и конструирования, но и побороться за призовой фонд в 600 тыс. рублей. В течение года компания проводит состязания «Кибердром».

Получившие опыт школьники становятся наставниками для учеников младших классов. Они могут даже создать свой стартап, который будут развивать дальше, уже будучи студентами.

«В итоге это может перерасти в серьезную профессиональную деятельность, — рассказывает руководитель отдела образовательных проектов ГК “Геоскан”. — И более того, такие компании, как наша, обращают особое внимание на финалистов и победителей различных технологических конкурсов и соревнований. Мы приглашаем их на работу, на различные стажировки».

Ученик девятого класса московской школы №548 Тимур Россихин держит в руках разрабатываемое им устройство: квадрокоптер с прикрепленным к нему модулем с системой забора воды

Фото предоставил Т. Россихин

Практика, программирование и будущая карьера

Наиболее практико-ориентированная глава, четвертая, связана с полетом. Самое важное, по мнению Михаила Луцкого, — это техника безопасности: что нужно проверять перед стартом, как пилотировать. В этом параграфе очень много практических заданий, с картами: как управлять беспилотником, как держать пульт радиоуправления. Приведены различные примеры трасс с отработкой определенных элементов пилотажа.

«Самой сложной обучающимся кажется пятая глава, о программировании. Но она на самом деле достаточно простая, — считает Михаил Луцкий. — Прикоснуться к робототехнике летающих аппаратов не так сложно, как кажется на первый взгляд».

В рамках блочного программирования осваивается алгоритмика. А потом специальное программное обеспечение эти блочные программы преобразует в коды на различных текстовых языках, что значительно упрощает процесс обучения. И дальше идет изучение Python, Lua, C++, а в финале — Robot Operating System, ROS, без чего современную робототехнику представить трудно.

«И, наверное, моя любимая глава, — признается Михаил Луцкий, — “Тренды и профессии в мире беспилотников”. Она будет очень полезна для молодых людей, ведь восьмой-девятый классы — это такое время, когда ребята уже задумываются о том, в какой вуз будут поступать, как будут развивать свою карьеру. Сначала мы говорим о различных технологических трендах в мире и в России на примере реальных российских проектов и компаний в сфере беспилотников. Сейчас идет движение в сторону развития программного обеспечения: совместного использования дронов (рой дронов), распределенных вычислений на борту беспилотных летательных аппаратов и увеличения времени автономности (дронопорты, станции автоматического обслуживания БАС)».

Дальше речь заходит о профессиях. До 2030 года в беспилотную отрасль планируется привлечь порядка миллиона человек. Сейчас особенно ощущается нехватка специалистов технической направленности: программистов, тестировщиков, инженеров и монтажников радиоэлектронной аппаратуры, инженеров-конструкторов, инженеров-регулировщиков, инженеров отдела технического контроля, комплектовщиков, инженеров-технологов, сборщиков. Остаются востребованными профессии операторов БВС, аэрофотогеодезистов, инженеров-геофизиков, геоинформатиков. В учебнике описываются и не самые обычные профессии, такие, например, как оператор шоу дронов или математик-алгоритмист, который программирует автопилот.