Завсегдатаи робототехнических соревнований – не только студенты технических вузов, но и ученики физико-математических школ и кружков по робототехнике. Среди них часто лидирует Президентский Физико-математический лицей № 239 в Санкт-Петербурге — лучшая в России школа по версии проекта «Топ-500». Направление робототехники работает в лицее с 2008 года – как занятия в рамках школьной программы и как кружок дополнительного образования. Ученики разных возрастов могут выбирать занятия по 21 направлению: от конструкторов Лего и физики роботов до программируемых Ардуино и BEAM-роботов. В Центре робототехники обучают как детей, так и преподавателей; пишут учебные пособия и программы курсов; и конечно, тренируют к соревнованиям и конкурсам по этому профилю. Центр также проводит Международный Фестиваль робототехники «РобоФинист», который собирает лучшие работы.
Мы поговорили с Валерием Черновым, учеником 11 класса ПФМЛ 239 в Санкт-Петербурге — он с 5 класса участвует в деятельности Центра робототехники и теперь расширяет свои знания на занятиях Физического центра. Из недавних побед у него лучшая работа в области техники и инженерного дела «Роботизированная система для помощи в навигации людям с проблемами зрения» Юбилейного Всероссийского форума научной молодежи «Шаг в будущее» (2016); он признан победителем Советом Конкурса «Поддержка научного и инженерного творчества школьников старших классов Санкт-Петербурга» (2016). А на прошлой неделе он стал призёром XIX Международной конференции научно-практических работ школьников «Старт в науку».
— Расскажи, как все начиналось? Когда ты увлекся роботами?
— По этому поводу есть красивая легенда или поверье. На углу Кирочной и Восстания есть магазин Кей. Примерно в 2003 году (мне было 4 года) там была витрина с роботами AIBO. AIBO — японский робот-пёс, на которого тогда возлагали большие надежды в области домашней робототехники. Мы с родителями останавливались у витрины, рассматривали их. А в первом классе мне мама из Америки привезла вышедший незадолго до этого конструктор Lego Mindstorms. Тогда было еще не совсем понятно, как программировать, но я что-то пособирал. Конечно, до этого были и другие конструкторы, такие как набор деревянных примитивов, обычное лего и, конечно, советский металлический конструктор. Еще был замечательный картонный конструктор “Умная бумага”. Он представлял из себя набор тонких картонок, в которых были вырезаны детали, которые в свою очередь нужно было выдавить и потом соединить вместе по инструкции. В 3-4 классах я ходил в авиамодельный кружок в Аничков дворец и на занятия по математике. Первые соревнования были как раз авиамодельные.
— Как ты оказался в лицее 239?
— На родительском собрании маме рассказали про открывшийся набор у 239 в 5 класс. В 4 классе меня записали на курсы подготовки к поступлению, проводившиеся в самом лицее. В мае я написал внутреннюю олимпиаду, затем прошёл собеседование. В этом учебном году наша школа открыла интернат, в который могут поступить ребята со всей России.
— Что нужно, чтобы начать заниматься робототехникой в лицее 239?
— Робототехника уже с 5 класса обязательна, и именно в пятом классе на соревнованиях участвуют почти все. Ведь ты такой молодой и тебе всё интересно! Правда, потом количество человек уменьшается. Во многом это связано со спецификой нашей школы: кто-то с головой уходит в математику, кто-то в физику… Также играет роль следующий факт: чтобы заниматься робототехникой на хорошем уровне, неплохо знать математику, физику и информатику.
— В чем особенность конструкторов, например, лего?
— У разных людей разные мнения. Я считаю, что это больше педагогика. Это образовательная платформа, хорошая для школы или вуза, а дальше – вряд ли. Сама компания сделала много соревнований и влила много денег в робототехнику, чтобы укрепить свои позиции. На всероссийских соревнованиях, например, победителей награждает представитель от компании “Лего”. И много международных соревнований, которые спонсируются “Лего”. Это образовательная платформа, потому что конструктор представляет минимальный уровень функционала и стабильности. Вы не задумываетесь над тем, что происходит внутри. А если я хочу управлять моментом, а не скоростью – это невозможно, потому что есть определенный функционал. Поэтому если нужно сделать что-то под конкретную задачу, лучше брать комплектующие, которые действительно подходят. Поэтому марсоходы не делают из лего. Наступает момент, когда нужно “слезать” с лего, потому что если сидеть на нем долго, формируется мировоззрение, что есть уровень стабильности и вы только с ним работаете. В реальной жизни это не так. Если связывать свою жизнь с робототехникой, лего вряд ли будет работать для решения производственных задач, если это не образовательная цель.
— Какие знания нужны, чтобы решать более серьезные задачи?
— Зависит от цели проекта, а тут уже могут быть специализации – инженерная электроника, механика, алгоритмы. Например, хочешь ты машинку, которая ездит по алгоритму, и в 7 классе тебе уже говорят: «Пиши на Си». Как раз в 7 классе были международные соревнования по робототехнике, и там стало понятно, что недостаточно быть программистами и робототехниками, они не могут уйти дальше, потому что нужна физика. Надо на производственном уровне понять, какие силы действуют, что делать с материалами для корпуса, какое напряжение. Здесь нужны математика, сопромат, умение топологически и технически оптимизировать процессы. Это все реальные вещи, с которыми в 7 классе невозможно мириться: на тот момент ты еще творец и творишь что угодно, а эти проблемы мало волнуют, потому что тогда это еще непонятно.
— А в 239 лицее много возможностей развиваться?
— Структура обучения в 239 лицее такая: есть школьные занятия, после них начинают свою работу всевозможные кружки (Отделение Дополнительного Образования Детей). Есть кружки по математике, физике, химии, ЧГК (Что? Где? Когда? — прим. ред), спорту… Всё перечислять не буду — кружков больше 100. И на любой из них можно записаться и ходить после уроков. В 5 классе я ходил на Лего. В мае 2011 года я познакомился с концепцией BEAM-роботов без программного управления как такового: действия таких роботов определяются тем, как течёт ток в их электрической схеме, грубо говоря. Все из 2-3 микросхем можно собрать робота, причем его можно сделать достаточно компактным. Это производит глубокое впечатление после долгой работы с конструкторами, которые предоставляют минимальный уровень стабильности в обмен на свободу выбора деталей. Уже на следующих всероссийских соревнованиях мы взяли призовые места.
Параллельно я начал заниматься футболом лего-роботов. Это отдельная фееричная история. Те, кто выступал в этой категории, уже выпустились, и руководитель кружка Сергей Александрович Филиппов предложил мне и ещё 5 ребятам этим заниматься. Так в 2011 году в нашей школе появилось 3 команды, занимающихся футболом роботов. Мы с моим одноклассником даже заняли второе место на городских соревнованиях, на всероссийских взяли 5 место, выступали на международных соревнованиях в Киеве в 2012 году (на фотографии).
— Расскажи, пожалуйста, о своем дальнейшем международном опыте.
— Через год в Москве отбирали кандидатов для нового соревнования уже в Малайзии, и мы поехали в составе сборной России – три команды по футболу и два творческих проекта, один из них взял золото в категории по возрасту. В творческих проектах нужно придумать робота или роботизированную систему на определенную тематику. Команда судей смотрит проекты, как они сделаны, техническую и концептуальную реализацию, а после обсуждает каждый проект и оценивает его в соответствие с определёнными критериями. Проект из нашей школы «Грета играет в ладушки», который делали старшеклассники, занял 1 место . Концептуальная задумка была доработать и представить его в виде тренажера, чтобы разрабатывать моторику.
Это довольно интересный опыт, потому что у соревнований есть специфика. Например, нужно было разобрать робота, показать, что нет запрещенных деталей, и собрать обратно. Всё проходит на английском, тренеров не подпускают. Я был капитаном, мне нужно было подписывать протокол соревнования, что согласен со всеми этапами. Сначала не очень придаешь этому значение, но когда был решающий матч с японцами, на нашем роботе сломался датчик. Я уже подписал бумагу, хотя, наверное, стоило попросить переиграть матч. Можно сказать, что это отрицательный опыт, но позже он оказался одним из самых важных.
— Какие еще соревнования тебя впечатлили?
— После соревнований в Малайзии я начала меньше заниматься футболом, переключился на сумо роботов. Сумо роботов очень понятный вид спортивной робототехники: два робота ставятся на черное поле диаметром 77 см с белой каемочкой, робот должен вытолкнуть своего соперника за пределы ринга. В январе 2013 на соревнованиях в Политехе я выиграл второе место. Так совпало, что в конце 2012 Сергей Александрович начал думать о поездке на Австрийские соревнования, которые являются самыми престижными соревнованиями в Европе по спортивной робототехнике. Мы поехали делегацией от школы и вывели Россию в топ. Это было большой неожиданностью в первую очередь для нас самих, потому что на этих соревнованиях в основном участвуют студенты, которые делают роботов как курсовую, у них есть доступ к станкам в университете, для этого есть время и материалы.
— В итоге ты сфокусировался на этих роботах?
— Мы работали над роботом для мини-сумо и уже в 2015 году поехали на всероссийские соревнования, взяли там 1 место. Это было очень интересно. Тогда мы поняли, как надо работать: есть такая замечательная вещь как разделение труда. Это простая мысль, но надо было дойти до нее. Я делал электронику и систему управления, а он механику, и в итоге это выстрелило.
— А чем ты занимаешься сейчас?
— Еще с лета 2015 года я занимаюсь темой шагающих роботов – я хотел сделать серьезный проект, сделать что-то вменяемое, чтобы ездить на конференции и смотреть на разные вузы. Весь 10 класс был ударным, потому что тогда были самые сложные программы по математике, а еще надо было проект делать. Получился робот, я успел оформить заявки. Эти конференции больше сопряжены с реальной жизнью: там надо готовить текст научной работы, описывать ход работы, ставить задачи, объяснять, почему интересно; а еще готовить тезисы и получить отзыв научного руководителя. У каждого мероприятия свой набор документов.
Я прошел на конференцию в МФТИ: это был интересный опыт, первое выступление на подобном конкурсе. А самая большая конференция в России – это «Шаг в будущее», где участвуют площадки МГТУ, МГУ, МИФИ, там много секций. После этой конференции мне позвонили из оргкомитета и предложили поехать в Шанхай. Мама нашла переводчика на китайский, поэтому у меня были брошюры на китайском языке. Меня даже пригласили на местное телевидение. Это было просто безумно интересно. Потом мы еще с физцентром ездили в ЦЕРН.
— Какие у тебя основные источники информации или даже вдохновения?
— Вот сейчас я плавно перешел на научную литературу. Научпоп в интернете мало информативен, нужно что-то более интересное. Если работа делается на достойном уровне, то возникает проблема с математикой, с уровнем владения ее методами. Не могу сказать, что это проблема, потому что всё дело в уровне владения математическим аппаратом. В робототехнике это еще один из самых важных моментов, потому что здесь одновременно моделируются и физические, и программные процессы. И всё завязано на математике.
— Что ты скажешь о будущем робототехники?
— Сейчас пытаются сделать ее более массовой, во многом инициатива исходит от правительства, мол, “давайте преподавать робототехнику везде”. Фестивалями становятся более популярно-развлекательными и теряют научную составляющую. Непонятно, зачем так много фестивалей популярной робототехники. Бытовая робототехника пока что развивается очень медленно, и пока не к чему людей готовить. Даже в Кремниевой долине те же беспилотные автомобили, например, ещё только на стадии экспериментов. Конечно, популяризация инженерного дела – это замечательно, но тогда школы и вузы должны соответствовать и поднимать качество подготовки таких специалистов. В 2015 году я был на фестивале «Бал роботов» – там немецкие промышленные роботы переставляли кубики. Не очень понятно, что в этом интересно для простого человека. Зато в Японии понятно: робот-медведь для престарелых кажется более подходящим, там к этому отнесутся осознанно на более массовом уровне. У нас это пока выглядит как попытка перепрыгнуть через технологическую отсталость, правда, непонятно про то, куда мы приземлимся.
Читать также:
Наталия Пичугова: «То, что для нас будущее, для наших детей реальность — это их мир»