Конкурсы и проекты | Журнал Кружковое движение

Электроника – это проще, чем кажется

Кружковое движение при поддержке Фонда президентских грантов запустило проект «Профнавигационный центр», в котором действуют лаборатории, посвящённые искусственному интеллекту, космосу, нейротехнологиям, энергетике и электронике. Школьники могут бесплатно посещать онлайн-занятия по выбранному направлению, чтобы понять, хотят ли они сделать его своей профессией.

Мы взяли интервью у руководителя Лаборатории электроники, Алисы Родионовой — студентки Университета ИТМО и руководителя направления программирования микроконтроллеров Объединения ОЛИМП. Алиса рассказала нам о своём профессиональном пути и занятиях в лаборатории, в которой учащихся познакомят с инструментами и технологиями для создания различных устройств и профессиями, связанными с электроникой. Регистрация на занятия сейчас в самом разгаре.

А в конце интервью школьников, читающих наш журнал, ждёт небольшое задание.
Алиса Родионова
Наталия Саюкина: Совсем недавно стартовали занятия в Лаборатории электроники Профнавигационного центра. Расскажите, кого вы ждёте в качестве участников Лаборатории электроники? Чем планируете заниматься с ними?
Алиса Родионова: Во-первых, хочется показать ребятам, что они будут делать, если выберут связанную с электроникой профессию, всё то многообразие специальностей и областей знаний, в которые можно погрузиться. Для этого мы рассказываем им про технологии, проекты и инструменты. А во-вторых, мы показываем, как при этом будет выглядеть их рабочий день, знакомим с ролью и тем, что делает современный инженер-электронщик и инженер-программист.

Поэтому у нас будет два типа мероприятий: мастер-классы, на каждом из которых ребята познакомятся с технологией и инструментами для неё, и встречи с экспертами, которые будут показывать своё рабочее место и рассказывать о своём рабочем дне, текущих задачах. Например, как фанат прокатного сервиса Whoosh, я хочу пригласить коллег, разрабатывающих электронику для электросамокатов.

Мы в проекте хотим организовать диалог между экспертами, ребятами и их наставниками. Важно, чтобы наставники тоже не теряли связь с реальностью и знали, что сейчас востребовано на производстве.

Н.С.: Правильно ли я понимаю, что школьники, кроме дистанционного посещения мастер-классов и встреч с экспертами, будут разрабатывать свои проекты?
А.Р.: Всю весну будут идти мастер-классы, которые познакомят участников с разными направлениями в электронике на таком уровне, чтобы ребята заинтересовались ими. А летом школьники выберут направление, в котором им хотелось бы развиваться. В зависимости от желания участников, работа будет либо проектной, либо в виде подготовке к олимпиадам, конкурсам или стажировкам. То есть на лето участники лаборатории будут формировать себе индивидуальный план работы, который может включать в себя проектную деятельность.

Проекты могут быть как индивидуальные, так и командные. Лично мне нравится совместный формат работы в нескольких проектах. Так ребята смогли бы обмениваться опытом. Мне кажется, это важно – иметь возможность объяснить, что ты делаешь, кому-то другому и показать, как это делается.

Н.С.: А сколько ребят лаборатория готова принять сейчас?
А.Р.: В целом, до 100 человек в Zoom поместится. У нас нет верхней планки, что мы наберём n ребят, а остальных не возьмём. Пока мы пригласили к себе три кружка, и примерно 40 человек планируют прийти на первые встречи. Присоединиться к лаборатории можно и позднее.

У нас между объявлением о наборе и стартом программы было не так много времени, чтобы ребят пришло больше. К тому же структурированная последовательная деятельность, которой нужно регулярно заниматься, подойдёт не всем. К лету у нас останутся самые стойкие ребята, которые будут готовы поработать на каникулах.

Н.С.: Надеюсь, многие ребята найдут свой путь, позанимавшись в лабораториях. Расскажите, как вы стали её руководителем?
А.Р.: Прошлым летом я участвовала в питерской региональной сессии проекта «Настоящее будущее: Русская электроника». Там я рассказала о площадке для полного цикла прототипирования печатных плат, которую мы разрабатываем на базе ОЛИМП, и Алексей Федосеев, президент Ассоциации участников технологических кружков, предложил мне поучаствовать в финальной сессии в Севастополе, где мы проектировали платформу «Восток». Я имею в виду не плату VOSTOK UNO, а проект целиком: среду разработки, в которой программисты могут писать код, сообщество вокруг платформы, игры, вовлекающие детей в технологическое творчество. Спустя некоторое время меня позвали вести Лабораторию электроники. Думаю, меня выбрали за идеи о том, как можно развивать русскую электронику.

Н.С.: А как вы пришли к работе с микроконтроллерами? На кого вы учились?
А.Р.: У меня был нелинейный образовательный процесс. Сначала я поступала на Факультет фотоники и оптоинформатики, а после 1 курса по программе культурного обмена отправилась учиться в колледж SUNY Broome Community в США. Получив там среднее специальное образование, я вернулась в Университет ИТМО и после третьего курса перевелась на образовательную программу «Прикладная оптика». Сейчас занимаюсь оптическим приборостроением.

Ещё учась в школе, я познакомилась с Открытой лабораторей идей, методик и практик (Объединением ОЛИМП), когда приехала на олимпиаду в Университет ИТМО. В холле была презентация студенческих клубов, где я увидела макет умного дома и ещё несколько приборов. Этот макет мне особенно запомнился. Меня заинтересовало, что ребята клуба делали настоящие объекты и приборы, в то время как на соседних стендах показывали роботов из LEGO, которые для меня выглядели как игрушки.

Когда я поступила на 1 курс, то пришла в ОЛИМП и сказала, что мне интересно изучать программирование микроконтроллеров и что-то автоматизировать, чтобы простые задачи делались сами и не нужно было тратить на них время.

На самом деле я ещё была в сборных университета по баскетболу и спортивному туризму, но из-за плотной учёбы спорт пришлось перевести из профессиональной области в любительскую.

Н.С.: Ваш необычный путь похож на зигзаг. А чем вы занимаетесь в ОЛИМП?
А.Р.: Когда я пришла, руководитель этой лаборатории, Кирилл Бодров, выдал мне задачу по созданию розетки, которая подключается к интернету, то есть задачу из области интернета вещей. Эту розетку можно было включать и выключать, контролировать мощность, которую потребляют подключенные к ней устройства, а также включать доступ к розетке по карточке, которая позволяет человеку пользоваться лишь тем оборудованием, какое ему разрешено.
Алиса Родионова презентует новый сезон мастерских в ОЛИМП
Помимо мейкерских проектов я вкладываю много сил в развитие лаборатории и организаторскую деятельность. Например, мы проводим сезоны мастерских. Это практикоориентированные курсы, на которые могут прийти все желающие. Чаще всего это, конечно, студенты, но иногда к нам приходят школьники, преподаватели и выпускники прошлых лет. Кстати, открыть своё направление и вести у нас мастерскую тоже может любой, кому есть чем поделиться, или кто хочет развиваться в какой-то области и собрать для этого команду.

Ещё каждый семестр мы в ИТМО организуем мейкерский фестиваль «Легко!», на котором ребята из разных лабораторий могут показать свои проекты и получить фидбек. В ОЛИМП есть не только инженерные направления, но и, например, дизайн и рукоделие. Фестиваль – это возможность всем познакомиться и придумать совместные междисциплинарные проекты.

Также я, как и многие ребята в ОЛИМП, периодически веду курсы по электронике, схемотехнике и программированию микроконтроллеров. А во время пандемии проводила онлайн-курс по ПЛИС. Они достались мне от преподавателя американского колледжа, в котором я училась. Там переходили на новое оборудование, и старые платы стали ненужными. Я попросила эти ПЛИС для нашей площадки в ИТМО. В итоге нам отдали 15 плат, которые мы успели раздать ребятам до всеобщей самоизоляции, когда стали закрываться вузы и школы. Так мы сохранили во время самоизоляции практикоориентиорованный формат занятий, а я получила опыт ведения онлайн-курсов.

Н.С.: Вашим первым проектом в ОЛИМП стала розетка. Интересно для сравнения узнать, насколько сложным проектом вы занимаетесь сейчас?
А.Р.: В рамках дипломной работы я создаю спекл-корреляционный датчик перемещений. Он работает по принципу компьютерной мышки. Обычная лазерная компьютерная мышь создаёт при помощи лазерного излучения случайную интерференционную картинку на столе, то есть неравномерно его освещает. Стоящий в мышке фотоприёмник анализирует эту картинку и при смещении мыши по поверхности стола переводит сантиметры в пиксели, чтобы определить, куда должен переместиться курсор на экране. Я делаю такое же устройство, только для мобильных роботов. Сложность проекта заключается в его комплексности: помимо конструирования, электроники и программирования необходимо проводить оптические расчёты.
Спекл-корреляционный датчик. Вид сверху
Н.С.: А зачем это устройство роботам?
А.Р.: У роботов, которые используются в помещении, часто есть проблема недостаточной точности в перемещениях, особенно когда они находятся в одной среде с человеком. Есть даже целый комплекс технологий, которые решают эту проблему, называется SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Это когда робот в помещении одновременно строит карту этого помещения и записывает свою локализацию (позицию на этой карте).

А есть класс роботов с колёсами Илона (не Маска). Это колесо, у которого по периметру находятся ролики. Наши ребята работают с платформой на таких колёсах. Она очень манёвренная, может поворачивать в разные стороны и вращаться на месте, но у неё есть проблема проскальзывания (буксования), из-за которой понимание роботом своего местоположения при помощи SLAM становится неправильным. Оптические индикаторы, использующие спекл-корреляцию, могли бы детектировать проскальзывание и корректировать локализацию.

Н.С.: Звучит похоже на систему движения для робота-пылесоса.
А.Р.: В целом, на роботах-пылесосах такие датчики тоже могут использоваться.
Участник ОЛИМП Дмитрий Захаров с омниплатформой с колёсами Илона
Н.С.: Расскажите о проектах руководителя ОЛИМП Кирилла Бодрова. В каких из них вы принимаете участие?
А.Р.: У Кирилла Бодрова много проектов, особенно в области приборостроения и станкостроения. Под его руководством ребята собирают оборудование для производства, например, 3D-принтеры. Причём не только обычные FMD, но и фотополимерный, а ещё высокотемпературный.

Если приводить конкретный пример, можно вспомнить светодиодную панель с настраиваемыми параметрами освещения, управление которой осуществляется через веб-браузер. Мы сделали её по запросу наших фотографов и видеографов. Для этого проекта мне пришлось разобраться, как писать сайты, причём делать это на чистом JavaScript, потому что программа загружалась в ограниченную память микроконтроллера.

Кирилл – сторонник подхода, при котором каждый инженер-специалист умеет и понимает разные процессы, которые нужны для создания прибора: и конструирование, и электронику, и программирование. Поэтому моя роль в этих проектах всегда разная, как и у большинство членов ОЛИМПа. Но со временем, как показывает практика, у каждого какое-то направление начинает доминировать, и человек становится профессионалом в нём.
Кирилл Бодров
Н.С.: В начале нашего интервью вы упомянули работу над платформой «Восток». Что вы думаете о ней сейчас? Планируете ли использовать плату VOSTOK UNO?
А.Р.: Обсуждая платформу «Восток» на стратегической сессии, мы генерировали много идей и выбирали наиболее актуальные и нужные. Я думаю, что если действительно получится их учесть, то это будет хороший аналог современным разработкам. Огромным плюсом станут мобильные игры платформы, которые смогут постепенно вовлечь детей в программирование и создание собственных устройств.

Основные моменты, которые ценны для меня в «Востоке» – это сокращение разрыва между разработками школьников и профессиональными. Для всех этих разработок предполагается общая среда, просто у разных проектов будут разные уровни сложности.

Будет ли использоваться плата VOSTOK для учёбы, сказать сложно. Чтобы она стала аналогом зарубежных продуктов, важно, чтобы она появилась во многих кружках. Чтобы дети в разных местах могли с ней работать. Пока же она дороговата, в том числе и для личного использования.
Участники финальной сессии «Настоящее будущее: Русская электроника». Севастополь, 2022 г.
Н.С.: А какое минимальное оборудование нужно школьникам, чтобы начать заниматься электроникой? Например, чтобы присоединиться к Лаборатории электроники.
А.Р.: Тут зависит от того, в какую область электроники человек хочет пойти. Если это схемотехника, то можно отправиться в магазин радиодеталей и купить какие-нибудь компоненты для размещения на макетных платах. Для этого даже паять не нужно уметь, существуют беспаечные платы. Они есть во многих кружках и школах.

Если говорить о программировании, то здесь уже нужны непосредственно микроконтроллеры. Самый простой и известный – это, конечно, Arduino. Но можно и сразу шагнуть на более серьёзный уровень и поработать с микроконтроллером STM32. Нечто среднее между ними – ESP32.

Ну а если интересна цифровая схемотехника, то есть архитектура контроллеров, то нужны программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Они уже не столь доступны для школьника из-за цены, особенно популярные, у которых больше инструкций и гайдов в интернете. Лучше поискать ПЛИС в университетских лабораториях, где готовы обучать и школьников. Существует даже сервис по аренде ПЛИС, но сама я им не пользовалась.

Н.С.: Что бы вы посоветовали сделать школьникам, интересующимися электроникой? Как им ступить на профессиональный путь?
А.Р.: Школьникам, если они ещё не в 11 классе, я бы посоветовала начать изучать вузы. И подумать о том, куда больше хочется: в приборостроение, программирование электроники или изучение фундаментальных наук. Последнее – это изучение электроники на уровне материалов, химических процессов и изменений в технологиях через 5—10 лет, они точно ещё будут меняться.

Если интересны фундаментальные науки, то можно обратить внимание на МФТИ, СПбГУ, Новый физтех в Университете ИТМО. В приборостроении и программировании электроники стоит выбрать более узкое направление. Можно больше узнать о подходящих лабораториях на сайте Профнавигационного центра. Другие участники этого проекта многое рассказали в интервью про свои университеты, а также медицинское приборостроение, компьютерную и вычислительную технику. Добавлю к рекомендациям Факультет программной инженерии и компьютерной техники Института ИТМО. Там ребята помимо программирования занимаются проектированием на ПЛИС и других микроконтроллерах.

Ещё можно заниматься в кружке электроники или робототехники. Дам совет ребятам, у которых рядом нет кружка. Вы можете начать с его создания. Поищите тех, кому тоже интересна электроника. Можно спросить у учителей, не подходил ли к ним кто-то с таким же вопросом, или поискать товарищей в онлайн-сообществах по интересам. С группой друзей, учителей или онлайн-знакомых вам будет легче, поэтому я советую не изучать всё самостоятельно, а объединяться.

А ещё я всем ребятам хотела бы посоветовать не бояться пробовать. Иногда какая-то область науки кажется сложной, в ней много непонятных слов. Но когда ты начинаешь всё это потихоньку изучать, то понимаешь, что всё это простые вещи, которые просто упакованы в более компактные определения. Даже онлайн легко найти много бесплатных ресурсов для обучения. Можно начать с просмотра видео и изучения программирования, не обязательно для этого иметь плату, оборудование или ещё что-то физическое. Главное, чтобы было желание.

Ну и, конечно, – приходите к нам в Профнавигационные лаборатории. Всех буду рада видеть в Лаборатории электроники.

От редакции

Алиса Родионова приготовила для школьников, прочитавших интервью с ней, небольшое задание.

Подумайте, с какой проблемой вы часто сталкиваетесь в повседневной жизни. Как можно было бы автоматизировать её решение при помощи электроники?

Опишите проблему и то, как вы видите её решение: как оно работает, какие датчики необходимо использовать? К ответу можно прикрепить фотографии или скриншоты.

Ответы можно присылать до конца апреля в Telegram корреспонденту нашего журнала Саюкиной Наталии на почту sajukina@kruzhok.org или в Telegram @lynvertil. В мае мы опубликуем лучший ответ из тех, что нам пришлют.
КОНКУРСЫ И ПРОЕКТЫ