робототехника в доу
консультация (старшая группа)

В настоящее время во многих детских садах большую популярность приобретает такое направление образования, как робототехника. Что же такое робототехника, то такое образовательная робототехника и ее роль в детском саду.

   Робототехника — это прикладная наука, занимающаяся разработкой и эксплуатацией интеллектуальных автоматизированных технических систем для реализации их в различных сферах человеческой деятельности.

Сегодня это одно из важнейших направлений научно - технического прогресса, это одна из самых динамично развивающихся областей промышленности.

       В ряде государств робототехника развивается семимильными шагами. Уже с детского сада дети имеют возможность посещать клубы и инновационные центры, посвященные робототехнике и высоким технологиям. Япония – это страна, где модернизация и робототехника возведены в культ. Именно поэтому мы наблюдаем высокоскоростной технологический рост в стране. В России, где для детей предлагается целый спектр знаний, к сожалению, такое направление, как робототехника, до недавнего времени было представлено крайне мало.

    Образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время.

  Образовательные робототехнические конструкторы нового поколения обладают большими конструктивными возможностями. В процессе построения моделей, избегая сложных математических формул, на практике, через эксперимент, обучающиеся постигают физику процессов, происходящих в роботах, включая двигатели, датчики, источники питания и микропроцессоры. В занимательной форме ребенок знакомится с основами робототехники, радиоэлектроники и программирования микроконтроллеров для роботов.

   Это инновационный образовательный инструмент – сочетание игры и технического творчества.

 Техническое творчество позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способность к решению проблемных ситуаций, умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их. Робототехника развивает техническое мышление, техническую изобретательность. Помогает детям, у которых есть способности к конструированию, к техническому творчеству раскрыть свой потенциал.

      Занятия с использование образовательных робототехнических конструкторов развивают математические способности, пространственное мышление, внимание, мелкую моторику.

  Формируют мотивацию развития и обучения дошкольников, а также творческой познавательной деятельности, знакомят ребёнка с законами реального мира, учат применять теоретические знания на практике. Дошкольники овладевают новыми навыками, расширяется круг их интересов.

     Это эффективное воспитательное средство. В процессе игры с образовательным робототехническим конструктором ребенок становится более целеустремленным, усидчивым, работоспособным.

Современные дети живут в эпоху активной информатизации, компьютеризации и роботостроения. Технические достижения всё быстрее проникают во все сферы человеческой жизнедеятельности и вызывают интерес детей к современной технике. Технические объекты окружают нас повсеместно, в виде бытовых приборов и аппаратов, игрушек, транспортных, строительных и других машин. Детям с раннего возраста интересны двигательные игрушки. В дошкольном возрасте они пытаются понимать, как это устроено. Благодаря разработкам в области робототехники на современном этапе появилась возможность уже в дошкольном возрасте знакомить детей с основами строения технических объектов.

В настоящее время во многих детских садах большую популярность приобретает такое направление дополнительного образования, как робототехника. Что же такое робототехника, и ее роль в детском саду.

Конечно же, робототехника для дошкольников не имеет ничего общего с эксплуатацией промышленных роботов. И все же, такие занятия являются первым шагом к дальнейшему обучению робототехнике: знакомством с механикой, построением алгоритма, программным управлением, обратной связью и другими элементами.

Робототехника сегодня – одна из самых динамично развивающихся областей промышленности.

Актуальность введения конструирования и робототехники в образовательный процесс ДОО обусловлена: требованиями ФГОС ДО к формированию предметно-пространственной развивающей среды, востребованностью развития широкого кругозора старшего дошкольника, формированию предпосылок универсальных учебных действий, робототехника успешно решает проблему социальной адаптации детей практически всех возрастных групп.

Цель введения занятий робототехникой в детском саду - реализация интересов детей в сфере конструирования, моделирования, развитие их информационной и технологической культуры. Робототехника в детском саду решает несколько задач: образовательную, развивающую, воспитательную.

И эти задачи сводятся к тому, чтобы создать среду, облегчающую ребёнку возможность раскрытия собственного потенциала, позволяют ему свободно действовать, познавая эту среду, а через неё и окружающий мир.

Роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребёнка к познанию, к деятельности.

Внедрение робототехники в ДОУ идет по следующим направлениям:

Создание лаборатории робототехники;

Разработка рабочих программ по робототехнике;

Разработка педагогических мероприятий по робототехнике для воспитанников;

Сотрудничество с другими образовательными организациями по вопросам образовательной робототехники.

Итак, образовательная робототехника близка детям. В этой деятельности дети все мотивированы довести работу до конца, проявляют большую активность т.к. они играют созданными моделями роботов. При затруднениях, непонимании и неумении они обращаются к взрослому, и дети открыты к восприятию его объяснений, т.к. у них возникает реальная потребность в инструкциях взрослого. Возникает настоящий диалог между партнерами в практической деятельности. При анализе итогов детской деятельности по робототехнике проявляются высокие темпы развития творческих способностей и самостоятельности ребенка, его результативность.

Конструирование робототехникой – это одно из инновационных образовательных средств. Анализ литературы позволит разработать методологическую основу развития элементов технического мышления и творчества ребенка на деятельностном, интегративном и средовом подходах. Образовательная деятельность по робототехнике с детьми строится на комплексно-тематическом, событийном, опытно-экспериментальном принципах организации деятельности ребенка.

Смоделирован образовательный процесс, который в своей структуре отражает содержание, формы, методы, приемы и диагностику развития технических способностей средствами образовательной робототехники.

Основные формы и методы образовательной робототехники:

рассказывание сказок, рассказов

просмотр презентаций, настольного театра, видеопросмотр

беседа о сборке алгоритма действий, объяснение, просмотр схемы

совместная работа по выполнению задания по инструкции;

сюжетно-ролевая игра, поощрение

творческое моделирование

выполнение вариативных заданий по алгоритму действий

соревнования роботов

разработка и реализация проекта.

Организация непрерывной образовательной деятельности по робототехнике состоит из 3 этапов:

Вводный этап – создание мотивации у детей; опора на личный опыт детей; использование настольного театра и анимации, видеопросмотр; введение персонажа; рассказывание сказок, притчи, басен; обеспечение условий.

Основной этап – инструктаж по сборке алгоритма движения робота; ознакомление с деталями; чтение схемы, чертежа; обдумывание, обговаривание; сборка алгоритма движения; создание своего варианта алгоритма движения робота с дополнением или изменениями.

Заключительный этап – осмысливание итогов деятельности; оценка модели, ее возможностей; игра роботами; по ситуации – замена деталей, изменение поведения модели; анализ достижений и возможных путей решения проблем.

Цель: ознакомление с историей создания роботов.

Людям кажется, что роботов изобретатели стали создавать совсем недавно. Но это не так.

Ученые считают, что еще великий итальянский художник, конструктор и изобретатель Леонардо да Винчи уже почти 600 лет назад сделал первых робота-рыцаря и робота-льва. Они нашли их чертежи. Механический рыцарь умел двигать руками и ногами, выполнять другие действия. Робот-лев в полный рост, сделанный для короля, удивлял и пугал придворных тем, что мог ходить, двигать головой и хвостом.

Позже появились механические куклы. Например, одна кукла представляла музыканта, который играет на флейте, перебирая пальцами, другая была механической уткой, покрытой настоящими перьями. Она могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно, перемалывать его маленькой внутренней мельницей. Эти механические куклы были созданы во Франции. Позже русские изобретатели создали человекоподобную машину повышенной проходимости – стопоход и радиоуправляемое судно.

Но механические куклы не могли быть толчком к развитию робототехники. Они были лишь развлечением. Настоящая история робототехники началась много позже, когда потребовалось заменить труд рабочих заводов и фабрик на механический. Рабочие автомобильного завода, работая на конвейере, быстро уставали, часто болели. Конвейер – устройство для непрерывного перемещения собираемого или обрабатываемого изделия от одного рабочего к другому. При такой организации труда рабочий в течение всего дня выполняет только одну операцию, например, закручивает гайки. Американские изобретатели придумали первые роботы-манипуляторы. Сначала они окрашивали поверхность автомобиля, затем стали производить сварку деталей автомобиля и его покраску, осуществлять перенос частей и сваренного кузова в цех сборки и другие работы.

Когда появились первые атомные станции, атомное топливо стало использоваться для судов-атомоходов, появилась необходимость изобрести такие роботы-манипуляторы, которые освободили бы людей от работы с очень опасными для человека радиоактивными препаратами. От радиации человек может серьезно заболеть или даже умереть. Эти роботы назвали копирующими манипуляторами, потому что они повторяли действия человека-оператора.

Промышленные роботы выполняли и до сих пор выполняют заданную им жесткую программу.

Более совершенные роботы-манипуляторы могут выполнять работу посложнее, например, сортировать яблоки по зрелости.

Современные роботы с самостоятельной программой могут осуществлять научные космические исследования. Например, созданный в России «Луноход-1», изучающий поверхность Луны. Размером этот робот был со среднюю комнату, а передвигался на колесах. «Луноход-1» передал на Землю тысячи фотографий лунной поверхности и сотни лунных панорам.

Двумя годами позже в Америке был создан робот на колесах, который мог объезжать различные препятствия на ровной поверхности. Он обладал искусственным зрением и зачатками интеллекта.

По окончании работ по изучению Луны в России были созданы роботы, которые обезвреживали взрывоопасные предметы, спасая людей. Сегодня они широко используются службами спасения и безопасности.

Однако многие роботы, которые не были промышленными, не двигались строго по рельсам, имели неустойчивость. Начались работы по изобретению более устойчивых роботов: роботов-лошадей, и роботов на одной ноге, которые постоянно бегали и прыгали. Для исследования других планет создавали роботов, которые могли продвигаться по разным поверхностям. Одни из них похожи на пауков, других насекомых.

Самое большое количество роботов изобретено в Японии. Там же создан первый человекоподобный робот.

Современные изобретатели создают все больше роботов-андроидов. Современные материалы и искусственный интеллект делают андроидов все больше похожими на человека. Это уже не металлические неуклюжие истуканы. У них симпатичное лицо и плавные движения. Они уже могут испытывать эмоции, как люди.

В настоящее время изобретатели нацелены на создание интеллектуальных роботов. Задание этим роботам дается в общей форме, а робот сам принимает решение и планирует свои действия в зависимости от условий и обстановки.

Интеллектуальные роботы значительно отличаются от роботов, в которых изначально заложена программа действий. У них есть сложные технические устройства, с помощью которых робот производит действие, как человек руками и ногами. Они являются исполнительными органами. Еще у них есть датчики. Это такие устройства, которые помогают роботу получать информацию из окружающего мира: видеть, слышать, ощущать, определять расстояние и др. Самой важной для интеллектуального робота является система управления. Это как мозг человека. С помощью этой системы робот запоминает состояние окружающих его объектов и их свойств, распознает изображения, речь, узнает окружающие предметы и их положение в пространстве. Он принимает информацию от датчиков и управляет исполнительными органами. Интеллектуальный робот может планировать свои действия, т. е. определять их последовательность. Свои действия робот может контролировать и останавливать, если они становятся невозможными, определять новые. Робот может выстраивать цели по их значимости. Важное отличие интеллектуальных роботов – то, что они могут подстраивать свое поведение по достижению цели под изменяющиеся условия окружающей среды.

Совсем недавно на международную космическую станцию (МКС) были доставлены два робота – американский и японский.

Интеллектуальные роботы становятся все более похожими на человека. История робототехники продолжается.

Вопросы и задания

● С чего начиналась история робототехники?

● Для чего на автомобильных заводах потребовались роботы?

● Как называются промышленные роботы? Похожи ли они на людей?

● Какие роботы помогали изучать другие планеты?

● Почему они намного сложнее роботов-манипуляторов?

● Чем отличаются интеллектуальные роботы?

● Придумайте, как роботы могли бы использоваться в домашних условиях.

Виды роботов применяемых в современном мире

Существуют различные виды роботов, отличающиеся способами управления, техническими возможностями, назначением. Некоторые автоматизированные устройства способны полностью заменить труд человека. Робот может выполнять команды пользователя или действовать автономно, следуя заложенной программе.

Виды роботов по сфере применения

По назначению роботы делятся на бытовые, сервисные, медицинские, военные, промышленные, космические, развлекательного и обучающего назначения.

Медицинские помощники

Медицинские автоматизированные устройства используются для проведения лечебных или диагностических процедур. В эту категорию входят такие роботы:

1. Хирурги. Используются для проведения оперативных вмешательств и манипуляций. Помимо операций, исполняют обязанности ассистента.
2. Фармацевты. Изготавливают и сортируют лекарственные препараты.
3. Протезы. Роботизированные аналоги помогают частично восстановить функции утраченных конечностей.
4. Трансплантаты. Применяются в качестве замены переставших функционировать или травмированных внутренних органов. Такие ткани способны полностью заменить некоторые части организма.
5. Сиделки. Используются для ухода за пациентами, неспособными самостоятельно обслуживать себя.
6. Диагносты. Составляют план лечения и ставят диагноз, анализируя результаты обследования и данные анамнеза.
7. Симуляторы пациентов. Используются для обучения или повышения квалификации медицинских работников.

Бытовые ассистенты

Такая техника предназначена для помощи человеку в выполнении повседневных задач. В категорию бытовых входят следующие типы роботов:

1. Транспортные. Применяются для организации пассажирских или грузовых перевозок.
2. Умный дом. Комплексная система помогает организовать работу бытовой и охранной техники.
3. Компаньоны. Универсальные роботы оказывают интеллектуальную и физическую помощь человеку.
4. Помощники. Применяются для выполнения повседневной домашней работы – уборки, приготовления пищи, мытья окон, кормления домашних животных, стрижки газонов, чистки бассейнов.

Роботы-игрушки

В эту категорию входят разновидности, применяемые для развлечения или обучения детей.

Сервисные

Классификация роботов включает в эту группу устройства, не относящиеся к другим категориям. К сервисным можно отнести средства сбора данных, демонстрации новых технологий, исследовательские аппараты, а также роботы, используемые в сфере услуг – консультанты, администраторы, промоутеры, гиды и т. д.

Военные роботы

Военными называют многофункциональные технические средства, заменяющие человека при выполнении некоторых военных операций. Эти устройства наделены искусственным интеллектом и предназначены для задач, которые не может решить человек.

В современном мире существуют следующие разновидности военных роботов:

1. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Используются для выполнения надземных миссий, например, для наблюдения и сбора данных. Летательные роботы могут разрабатывать схемы нанесения ударов по точкам противника, проводить разведывательные операции.
2. Сухопутные. В эту группу входят военные машины, передвигающиеся по земле и работающие без участия человека, – саперы, системы наблюдения и охраны, боевые установки.
3. Морские. Категория включает надводные и подводные роботизированные устройства, используемые для наблюдения, разведки, охраны, поиска мин.

Промышленные машины

Промышленные устройства помогают полностью или частично автоматизировать производственные процессы. По назначению аппараты делятся на такие типы:

1. Литейные. Используются для расплавления и заливки металла. В эту группу можно включить главное достижение промышленной робототехники – 3D-принтеры. Основная сложность при создании таких роботов – обеспечение способности выдерживать температуру плавления металлов.
2. Средства механической обработки. Применяются для придания деталям нужной формы с помощью режущих и прессующих установок.
3. Сборочные. Используются для физического совмещения или пайки элементов электронных схем.
4. Окрасочные. Применяются для автоматического распределения лакокрасочных изделий и полировки поверхностей.
5. Строительные. Помогают автоматизировать строительство и добычу ресурсов. В эту группу входят доставщики и укладчики строительных материалов.
6. Фасовщики. Оценивают качество продукции, сортируют, упаковывают. Помогают автоматизировать конечный этап конвейерного производства.
7. Транспортные. Используются для доставки продукции. Наиболее часто применяют конвейерные аппараты.
8. Сельскохозяйственные. Автоматизируют весь процесс выращивания растительных культур.

Развлекательные

Они не требуют постоянного вмешательства человека в их работу, способны взаимодействовать с людьми в жилых домах или развлекательных заведениях. В эту группу входят:

1. Андроиды, имитирующие поведение членов семьи. Могут «вливаться» в коллектив, общаться с окружающими и перемещаться по помещению.
2. Роботы-животные. Автоматизированные устройства, которые заменяют домашних животных, копируя их поведение и звуки.

Классификация по типу управления

То, какие бывают роботы, также определяет степень их автономности и способы функционирования. По типу управления роботизированные аппараты делятся на:

1. Автономные. Решают поставленную задачу, не требуя вмешательства человека. Устройства принимают и анализируют информацию с помощью искусственного интеллекта. Считаются самыми совершенными техническими средствами, однако устройство, способное к критическому мышлению, еще не создано, такие попутки пока приводят к ошибкам в тех случаях, когда задача имеет несколько вариантов решения. К автономным можно отнести беспилотные машины, дроны.
2. Полуавтономные. Постоянного управления не требуют, выполняют действия, следуя заложенному заранее алгоритму. Эти роботы не отступают от составленного человеком плана. В группу входят устройства-сборщики, станки ЧПУ.
3. Управляемые. Требуют постоянного вмешательства человека. Управляются с ближнего расстояния или удаленно с помощью средств ввода данных. В эту категорию включают экзоскелеты, устройства медицинского назначения.

Разделение по методу передвижения

Внешний вид и строение робота во многом зависят от способа его передвижения. С этой точки зрения, роботизированные машины классифицируются на:

1. Колесные. Это самый простой метод перемещения. Характеристики аппарата зависят от количества колес. Устройства с малым числом движущихся деталей отличаются маневренностью. Большее количество колес помогает повысить устойчивость аппарата, улучшить проходимость.
2. Гусеничные. Этот метод часто реализуют при разработке военной техники. Гусеницы позволяют машине без труда передвигаться по пересеченной местности.
3. Шагающие. Имитация ходьбы осложняет создание андроида. Достичь нужной устойчивости практически невозможно.
4. Летающие. В эту категорию входят беспилотные самолеты, дроны, ракеты.
5. Плавающие. Перемещаются, используя силу ветра или винты. Могут работать как над водой, так и на глубине.

Большинство автоматических устройств в отличие от человека, не чувствительны к воздействию негативных факторов, что позволяет использовать роботов в разных сферах.