С дроном за партой

«Пионеры» помогут обучить школьников основам программирования, конструирования и пилотирования, дадут возможность лучше изучить робототехнику и дистанционное зондирование Земли.

«Пионер Мини» разрабатывали специально для школьников. Его легко использовать в помещении во время основных и внеклассных занятий. С помощью этого недорогого инструмента можно осваивать программирование, готовиться к олимпиадам и конкурсам, а также решать более сложные задачи: осваивать машинное зрение и групповые полеты.

«С “Пионером” удобно проводить учебные занятия и соревнования по робототехнике, он может летать по программам, созданным с помощью блочного программирования в Android-приложении (аналог Scratch), а также написанным на языках Lua и Python, — рассказала “Стимулу” менеджер проектов ГК “Геоскан” Дарья Крютченко. — Открытая архитектура позволяет детям попробовать себя в роли не только программистов беспилотных систем, но и инженеров-конструкторов. Для создания собственных проектов или модификации текущих решений на нашем портале “Документация Геоскан Пионер” в открытом доступе есть 3D-модели и 2D-чертежи квадрокоптеров. А преподавателям доступны методические материалы и кейсы от нашего сообщества».

На «Пионере Мини» установлен Wi-Fi-модуль, позволяющий передавать команды управления, фото и видео на внешний вычислитель. Он оснащен датчиками, которые могут обеспечивать его автономный полет в закрытом пространстве с использованием сразу нескольких систем навигации — УЗ и ИК (это внешние системы позиционирования в помещении, которые позволяют коптеру ориентироваться в локальной, зафиксированной системе координат). Есть также датчик оптического потока и ToF-дальномер для полетов без внешних систем позиционирования. Благодаря особенностям рамы и защите винтов вероятность поломки при тестовых запусках сведена к минимуму. А поломавшуюся деталь можно быстро напечатать на 3D-принтере (по готовым моделям, выложенным на сайте «Геоскана»).

С 2020 года несколько тысяч «Пионеров Мини» уже используются в «Точках роста» — общеобразовательных организациях, расположенных в сельской местности и малых городах.

«Сотрудничество у нас сейчас выстроено в нескольких форматах, — говорит руководитель отдела образовательных проектов ГК “Геоскан” Михаил Луцкий. — Во-первых, это работа над совместными кейсами и проектами либо по программированию, либо по разработке дополнительных модулей для нашего коптера. Во-вторых, это активное привлечение ребят к участию во всероссийских и международных робототехнических олимпиадах и соревнованиях (что в перспективе дает баллы и бонусы при поступлении в вузы и ссузы). Некоторые из них становятся победителями и призерами таких конкурсов, как “Кибердром”, “АгроНТИ”, олимпиада НТО, “Робофинист” и так далее. Мы проводим совместные мастер-классы, соревнования на базе центров творчества, организовали в этом году наш собственный конкурс проектов Hello, Pioneer!.

У каждого пользователя «Пионера Мини» есть возможность тестировать и предлагать свои доработки для мобильного приложения Geoscan Jump для Android, которое активно совершенствуется. А те, кто решил остаться в профессии, могут пройти стажировку, а затем устроиться на работу в «Геоскане».

Менеджер отдела образовательных проектов ГК «Геоскан» Дарья Крютченко проводит лекцию в рамках Зимней школы РГПУ им. Герцена в Санкт-Петербурге

Пресс-служба ГК «Геоскан»

История «Пионера»

«Пионер Мини» был создан как продолжение линейки образовательных квадрокоптеров «Геоскан Пионер». В 2016 году в рамках национального проекта «Образование» на разработку образовательного дрона государство выделило 20 млн рублей. Еще 20 млн рублей вложил сам «Геоскан», и примерно столько же было потрачено на продвижение.

Как рассказывают в «Геоскане», имени у нового аппарата тогда еще не было и среди сотрудников решили объявить конкурс. Победило название «Пионер», хотя средний возраст работников немного за тридцать и большинство из них пионерами побывать не успели.

Базовую модель «Пионера» тиражом 200 штук отправили в школы и вузы, однако в «Геоскане», конечно, рассчитывали на гораздо большие объемы спроса. Такая возможность представилась с появлением в России программы «Точки роста» в рамках национального проекта «Образование». По оценке специалистов «Геоскана», емкость этого сегмента рынка составляет десять тысяч единиц в год.

Но проблема состояла в том, что к 2018 году все эти центры комплектовались БВС компании DJI. У «Геоскана» тогда еще не было полностью готовых решений «под ключ», они были в процессе разработки. В результате требования закупочной документации первоначально также были сформированы под продукты DJI, поэтому «Геоскану» пришлось убеждать российских чиновников, что техническое задание надо писать более широко — так, чтобы им мог соответствовать не только DJI. Вскоре удалось показать, что «Пионер» по своему функционалу и возможности персонализации превосходит предложения конкурентов при сопоставимой цене. По словам специалистов компании, ситуация с «Точками роста» показала, что «Геоскан» способен выигрывать у главного конкурента не только в плане функциональности оборудования и ценовой политики, но и за счет предоставления сервисных услуг — методик образования и внятной технической поддержки.

«Пионер Мини» был создан как продолжение линейки образовательных квадрокоптеров «Геоскан Пионер»

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Опыт серийного производства

Беспилотник «Пионер Мини» стал первой крупносерийной моделью в портфеле «Геоскана». Выпуск крупной серии для компании, занимающейся единичной и малосерийной продукцией, потребовал нового подхода не только к проектированию, но и к выстраиванию производственного процесса.

«Изначально, как и принято для массовой продукции, заказы разместили в Китае, — рассказывает основатель, а ныне генеральный директор “Геоскана” Алексей Семенов. — Такой тип аутсорсинга имеет ряд традиционных проблем. Недоработки в формулировании задач, оставление за рамками договора нюансов исполнения целиком остаются в зоне ответственности заказчика. Часто случается, что большой процент произведенной продукции отличается от установленного стандарта качества. Количество брака может увеличиваться при поставке следующих партий. Оперативное решение таких проблем дополнительно затрудняет удаленность производств. Для компании, не имеющей представителя в Китае, к тому же ведущей конкурентную борьбу с китайскими поставщиками на местном рынке, продолжение сотрудничества стало проблематичным».

В результате нашелся подходящий подрядчик внутри страны. Им стала компания — национальный чемпион «СтарЛайн», производящая половину всех продаваемых в России сигнализаций. «СтарЛайн» занимается разработкой систем безопасности с 1988 года и имеет современное электронное производство. Производственные мощности «СтарЛайна» размещаются поблизости от «Геоскана» в пригороде Санкт-Петербурга и занимают 75 тыс. кв. м. Для «Пионера» здесь делается базовая плата и часть элементов, часть закупается в готовом виде — моторы, батареи.

Беспилотник «Пионер Мини» стал первой крупносерийной моделью в портфеле «Геоскана»

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Как устроен «Пионер»

В ходе разработки «Пионера» перед конструкторами «Геоскана» стояла задача создать аппарат, который удобно использовать при обучении. Для этого необходимо было максимально упростить его устройство, сократив количество деталей, а массу и размеры электроники свести до минимума.

Основной идеей стало оставить на плате только необходимые элементы и обеспечить подключение модулей, которые будут задавать функциональное назначение БВС. Например, спутниковый приемник с магнитометром для навигации на открытом пространстве. На плате установили контроллер автопилота с акселерометром, гироскопом и барометром. Последний нужен для режима удержания высоты, что значительно упрощает контроль над аппаратом при ручном управлении.

Благодаря тому, что модули подключаются разъемами на плате, пользователю не нужно прибегать к пайке, что сильно облегчает сборку. Конструкция модулей исключает ошибку при монтаже, к тому же они защищены от повреждений.

Индикаторами событий служат установленные на дроне управляемые RGB-светодиоды. Кроме тех, что уже смонтированы на плате, можно подключить дополнительные.

Регуляторы скорости моторов обладают возможностью активного торможения, что положительно сказывается на управляемости. Автопилот подключается к регуляторам через универсальный асинхронный приемопередатчик (UART), который более устойчив к помехам, чем традиционная широтно-импульсная модуляция.

Для полета в помещении применена система ультразвуковой навигации. Она состоит из двух типов маячков, стационарного и подвижного. Датчики выдают на автопилот координаты с достаточно низкой (± 5–10 см) точностью, а оригинальная система управления комплексирует эти данные с данными гироскопа и акселерометра, что позволяет контролировать пространственное положение коптера.

В качестве двигателей для «Пионера» выбрали бесколлекторные электромоторы. Они эффективнее и надежнее коллекторных, имеют большой крутящий момент при небольшом весе и позволяют отказаться от редуктора на винт. Обратной стороной такого выбора стала сложность регуляции скорости вращения, но благодаря опыту разработки предыдущих беспилотников «Геоскану» эту проблему удалось решить. Более высокая стоимость выбранных моторов и регуляторов компенсировалась большим временем полета и величины полезной нагрузки, хорошими скоростными характеристиками аппарата и долгим временем службы деталей.

Базовая модель «Пионера»

Пресс-служба ГК «Геоскан»

Подготовить профессионалов

Поскольку сфера беспилотной авиации еще формируется и дипломированных специалистов в этой области вузы только начинают выпускать, сейчас ощущается острая нехватка кадров.

«В основном это операторы беспилотников, — рассказывает Дарья Крютченко. — Но требуются также специалисты радиоэлектронной промышленности, программисты и инженеры, которые специализировались бы именно в этой сфере. Сейчас в планах — совершенствование законодательства в области организации безопасного движения с участием БВС и создание программ подготовки специалистов в данном направлении. Мы со своей стороны готовы предоставлять имеющиеся в компании инструменты для разработки нового стандарта. Ведь только при тесном взаимодействии производителей и государственных структур могут быть созданы оптимальные условия для широкого внедрения беспилотных технологий».

Согласно нацпроекту «Образование», доля молодежи в возрасте от 14 до 35 лет, участвующей в профессиональных конкурсах в рамках проектов платформы «Россия — страна возможностей», направленных на самоопределение и профессиональную самореализацию участников, должна достигнуть к 2024 году более 70%. Образовательных организаций, которые реализуют программы технической направленности в дополнительном и основном образовании, становится все больше. Министерство просвещения также утвердило новые федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) для начальных и средних классов. Новые ФГОС вступят в силу с 1 сентября 2022 года и будут фокусироваться на практических навыках детей.

«Сейчас директора школ понимают, — говорит Дарья Крютченко, — что использование БВС в учебном процессе позволяет учащимся не только погрузиться в мир инновационных технологий и развлечений, но и приобрести дополнительные полезные навыки по физике, аэродинамике, программированию и робототехнике, оно дает возможность продемонстрировать свои знания и умения в соревнованиях федерального и регионального уровня».

Одна из проблем, с которыми сталкиваются учебные заведения, состоит в том, что самим преподавателям не хватает специализированных знаний в этой сфере. В 2017 году «Геоскан» получил лицензию на ведение образовательной деятельности, что позволяет проводить для школьных работников курсы повышения квалификации. Сейчас специалисты компании активно работают над созданием заочной программы с применением дистанционных образовательных технологий и электронного обучения.

В помощь преподавателям и школьникам специалисты «Геоскана» разработали учебно-методические комплексы. Эти материалы предполагают глубокое знакомство со сферой беспилотных систем. Например, одно из пособий позволяет погрузиться в базовые аспекты, связанные с пилотированием и программированием квадрокоптеров.

«Более сложные пособия предполагают знакомство с основами аэрофотосъемки и фотограмметрии, — рассказывает Дарья Крютченко. — В материалах ребята могут прочитать, как складывалась история развития беспилотных летательных аппаратов, узнать ключевые принципы устройства и работы квадрокоптеров, а также прикладные аспекты использования таких летательных аппаратов. Важно уточнить, что команда специалистов, разрабатывающая материалы, — междисциплинарная: это и инженеры, и программисты, и преподаватели с большим и подтвержденным опытом работы в данной сфере».

Ключевая особенность материалов «Геоскана» — комплексный подход (по аналогии со STEM-образованием): включение базовых элементов из математики, физики, программирования, авиамоделирования и инженерного дела.

«Новые технологии сейчас активно внедряются в образование, но сценариев их реального применения в рамках школьных уроков разработано мало, — говорит Дарья Крютченко. — За время работы в этой сфере наша компания набрала большой портфель учебно-методических материалов, которые можно внедрять в системе общего, среднего профессионального, дополнительного и высшего образования. Мы активно участвуем в работе с сообществом, организуем соревнования, профориентационные мероприятия, а также техническую поддержку наших пользователей. У них есть возможность вживую пообщаться с разработчиками решений и продуктов, разрабатываемых в ГК “Геоскан”».