Корабль с гелием и робот из акрила: что изобретают московские школьники

Кому помогают разработки учащихся московских школ и какое будущее у их изобретений — в материале mos.ru.

Умная сумка, которая знает, какие вещи находятся у нее внутри, футболка для зарядки гаджетов и робот, способный обслуживать вендинговые аппараты и кулеры с питьевой водой, — все это лишь часть изобретений московских школьников.

На городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» школьники показали более тысячи разработок в области робототехники, прототипирования, 3D-моделирования и информационных технологий. 

Инженерные классы открыты в 103 школах столицы, в них учатся более восьми тысяч детей. Проект «Инженерный класс в московской школе» объединяет столичные общеобразовательные учреждения, 23 технических вуза и более 100 высокотехнологичных предприятий.

Mos.ru поговорил с юными инженерами об их изобретениях. Ребята рассказали, какой путь они прошли от идеи до ее воплощения и что будет в будущем с их разработками.

Летучий корабль

Ученики школы № 1747 Дарья Андрющенко, Денис Совцов, Глеб Мин и Константин Кудрявцев создали улучшенный вариант квадрокоптера — многофункциональный гибридный летательный аппарат Caspar. Он поднимается наверх с помощь гелия и может находиться в воздухе сутками. Изобретение подойдет для проведения долговременной фото- и видеосъемки, для применения в сельском хозяйстве, а также может быть внедрено в систему безопасности города.

Дарья Андрющенко: Мы увлекаемся квадрокоптерами и дронами, но они могут состоять в воздухе менее часа. Им нужно довольно часто менять аккумуляторы, это неудобно. Потому мы и решили создать свой летательный аппарат. Приходили разные идеи, но придумали собственно такой вариант. А работали над проектом с октября до конца марта.

Началось все с конструкции: мы думали, как аппарат будет летать и глядеть. В итоге он похож на летучий корабль: корпус для всего внутреннего оборудования выполнен в виде корабля, а сверху — шар. Далее сделали сборку системы. Мы были и программистами, и 3D-моделлерами и инженерами. Мы познакомились с программой для моделирования и научились в ней трудиться. Потом проводили опыты, исправляли ошибки — и пришли к конечному результату.

Наш летательный аппарат может держаться в воздухе довольно длительное время. К нему мы прикрепили шар диаметром полтора метра, наполненный гелием. За счет этого появилась подъемная сила. Другие летательные аппараты тратят мощность на подъем и на сопротивление ветру. А наш «корабль» за счет шара с гелием экономит эту мощность на подъеме и тратит ее всего на сопротивление ветру. Само устройство примерно полметра в длину. На нем установлена FPV-камера, изображение с нее передается по радиосигналу.

Мы работали сплоченно. Порой обращались к нашим учителям по математике, информатике, физике. Им огромное благодарю, они нам помогали на протяжении всего проекта.

В дальнейшем мы хотим продвигать наше устройство на всевозможных конференциях и выставках. Также планируем улучшить конструкцию и внешний вид нашего «корабля». Может, придумаем собственный интересный логотип, который бы привлекал внимание. Кроме этого, планируем еще заниматься другим нашим проектом, с которым тоже участвовали в разных конкурсах. Это система раздельного сбора мусора и автоматизированной доставки на перерабатывающие заводы.

Московский девятиклассник создал лак для защиты клавиатуры Юные изобретатели: московские школьники завоевали золотую медаль на международной выставке

Перчатка-поводырь

Ученики школы № 2045 Федор Шкурган, Виктория Шамонская и Алина Рогожина изобрели специальные перчатки, которые помогают людям с нарушениями зрения ориентироваться в пространстве. Одной из них незрячий человек водит перед собой. Появляющиеся препятствия определяются с помощью датчика расстояния. При обнаружении препятствий различного типа пьезопищалка на перчатке издает звук. Его тональность зависит от расстояния до препятствия.

На второй перчатке установлен датчик цвета. Обнаружив препятствия разного цвета, пьезопищалка тоже издает звук, тональность которого зависит от интенсивности цвета объекта. Питание устройства происходит от портативного аккумулятора, который можно подобрать индивидуально. Портативный аккумулятор заряжается от сети с напряжением 220 вольт.

Виктория Шамонская: У меня прадедушка плохо видит, практически незрячий. Мне хотелось ему поддержать — чтобы он ходил на улицу не только с собакой или с тросточкой, но и мог перемещаться без посторонней помощи. Также у нас есть общество слепых, и в мире вообще весьма много незрячих людей. Им всем нужна помощь. С перчаткой-поводырем незрячие люди смогут трудиться на сортировочных и упаковочных предприятиях. А дети в возрасте от пяти лет смогут играть, так, с конструктором, даже выбирать детали по цвету.

Алина Рогожина: Над созданием проекта работали в течение месяца, чтобы успеть одобрить участие в Международном конкурсе детских инженерных команд. Мы дополнительно занимались в центре технологической поддержки образования Московского института электронной техники. На занятиях мы научились программировать в среде Arduino, моделировать в программе Autodesk Fusion 360. Корпус для перчатки мы распечатали на 3D-принтере в школьной лаборатории.

Виктория Шамонская: Когда мы проектировали нашу перчатку, то хотели создать целую систему помощи незрячему человеку для навигации в пространстве и взаимодействия с окружающим миром. Препятствия определяет ультразвуковой датчик расстояния. Сигнал слепому человеку о приближении препятствия и цвете объекта подается с помощью пьезопищалки buzzer module. Чем ближе объект, тем громче перчатка издает звук. Вторая перчатка распознает цвет с помощью датчика GY-31.

Федор Шкурган: В будущем мы хотим усовершенствовать датчик цвета. Сейчас с помощью перчатки можно отличить только лишь черные предметы. Когда устройство видит черный цвет, датчик начинает непрерывно пищать. Если иной цвет — звук будет прерывистым. Мы собираемся заменить пищалку обычным микрофоном и добавить специальную плату, которая могла бы переводить сигнал датчика в голосовое сообщение о цвете.

Виктория Шамонская: В очном финальном туре Международного конкурса детских инженерных команд в Санкт-Петербурге в декабре 2018 года наше изобретение проверяли слепые люди: примеряли и использовали. Они проходили лабиринт и искали объекты — стакан и сок, который нужно налить. Все прошло успешно, испытателю очень понравилось. Он отметил, что перчатка проста в использовании, привыкание занимает минимум времени. Для любого незрячего человека можно индивидуально подобрать размер и дизайн перчаток в соответствии с его возрастом. Прибор прост в эксплуатации. У него низкая стоимость в сравнении с устройстами подобного типа. Малые габариты, автономность, быстрая выдача результатов и их достоверность. Еще устройство легкое, одна перчатка весит итого 148 граммов.

Федор Шкурган: Однако у нашего устройства есть чета недостатков: малая энергоемкость и плохое качество сканирования объектов, удаленных более чем на полтора метра. В будущем мы планируем установить более компактный и энергоемкий аккумулятор. Это позволило бы незрячим людям меньше беспокоиться об устройстве. Тем более большая часть слепых — это люди в возрасте, они могут забывать подзаряжать его. Для этого нужен еще и такой аккумулятор, который мог бы дать понять, что прибор разряжен. Еще нужно установить более мощный и правильный датчик расстояния. Также устройство из перчатки можно установить на иной привычный предмет, например на брошь или на трость.

Алина Рогожина: У нас есть еще и другие проекты. Сейчас разрабатываем новый штурмовой самолет, который будет работать на водородном топливе. Мы его облегчим, заменим обшивку каркаса. За основу может быть взят штурмовой самолет любого вида. Они нужны для защиты территорий, и после нашей модернизации самолет станет более легким, маневренным и экологичным.

Виктория Шамонская: Также мы разработали автономную систему полива растений. Специальные датчики измеряют температуру и влажность почвы, и на основе этих данных растения поливаются автоматически. Еще мы придумали 3D-экоатлас, с помощью которого можно узнать об экологических проблемах на какой-либо территории.

День детских изобретений, или Где юных москвичей учат совершать технические и научные открытияЗаводы — детям: сколько школьников посетили промышленные предприятия Москвы

Первоклассная робототехника

Учащиеся образовательного комплекса «Юго-Запад» Артем Арбузов, Александр Чиненов и Артем Гаевский создали конструктор для первоклассников. С его помощью можно проводить первые уроки по робототехнике.

Артем Гаевский: В наш комплект входят комплект из фанеры для сборки робота, пазл-головоломка и робот из акрила для учителя. Предполагается, что на первом уроке по робототехнике учитель демонстрирует, как робот движется по несгибаемый линии и останавливается, если перед ним поместить препятствие. Затем малыши занимаются конструированием.

Конструктор создан по принципу «от простого к сложному», то есть вначале дети собирают головоломку из пластика, потом мишку из пластика, затем доходят до сборки каркаса робота из фанеры. Он по форме и размерам точно такой же, как действующий робот из акрила. Для нас это тоже начало, мы хотели сами разобраться в робототехнике и научить других. Начали трудиться над проектом в октябре, а закончили в конце февраля. Были сложности с программированием, но их удалось преодолеть. Первым этапом работы было проектирование. Мы вначале спроектировали в системе автоматизированного проектирования «Компас-3D» корпус робота и головоломки.

Артем Арбузов: В центре молодежного инновационного творчества «Территория творчества» мы создали на 3D-принтере головоломки. На лазерном станке вырезали корпус робота из фанеры, а после корпус из акрила. Затем собрали все и запрограммировали робота на движение по несгибаемый линии и на остановку при встрече с препятствием. Это готовый урок, который учитель может провести для первоклассников. Мы составили подробную инструкцию по сборке головоломок с фотографиями и текстовым описанием. Уместно, коробку для конструктора мы тоже сами спроектировали и вырезали на лазерном станке.

Артем Гаевский: Наш конструктор недорогой, у него нет аналогов по цене. Мы хотели, чтобы маленькие дети в самом начале своего образовательного пути заинтересовались инженерией. Уместно, мы уже ходили к первоклассникам и показали наш конструктор детям. Оттуда сложно было уйти, ребята нас не отпускали, им нравилось играть как с конструктором, так и с роботом.

Артем Арбузов: Конструктор — наше первое изобретение. Мы поняли, что это нужно будущему поколению. Если бы у нас в начальных классах провели такой задание, то я бы точно начал заниматься в кружке робототехники, мне было бы жутко увлекательно.

Артем Гаевский: В будущем мы будем сами развивать наш проект. Хотим установить на робота датчики, чтобы он ездил по линии, и клешни, чтобы мог убирать мусор и разгребать перед собой преграды в спасательных целях. Это будет прообраз робота, который сможет проехать в труднодоступные места и, например, избавить человеку жизнь.

Контракт со школьником и миллион за олимпиаду: какие возможности дает московская школа Для учеников детских технопарков могут ввести льготы при поступлении в вузы

Источник: Правительство Москвы