Фрисби для роботов или игры будущих инженеров

Состязаниями роботов сейчас никого не удивишь — они проводятся по самым различным дисциплинам (борьба, прокладывание маршрута, преодоление препятствий и т.д.) буквально во всех странах мира. Однако крупные, международные соревнования не так уж и часты и всегда вызывают большой интерес. Вот почему мы решили по «горячим следам» рассказать вам о чемпионате FIRST Robotics Competition – международном соревновании роботов, созданных старшеклассниками, который завершился в субботу 27 апреля в американском Сент-Луисе.
Подробности об этом знаменательном мероприятии под катом.

В этом году участников ждала игра под названием «Ultimate Ascent Challenge» — своего рода разновидность игры во фрисби, где от роботов требовалось зарабатывать очки, метая летающие диски в цели, расположенные на концах поля, размерами 27х54 фута (~8×16.5 метров). Первые 15 секунд игры роботы должны были действовать полностью автономно, заработав как можно больше очков без вмешательства людей. Оставшееся время игры роботы управляются дистанционно «водителем» и «оператором». Первый отвечает за движение робота, а второй — за всё остальное. В ходе игры роботы должны передвигаться по полю, следуя к точкам загрузки новых дисков, и, собственно, бросать диски в цель. Также, не возбраняется толкаться с роботами конкурентов. Наконец, заключительная часть соревнований требовала от роботов забраться на пирамидальную конструкцию из труб, отдаленно напоминающую спортивный снаряд. А очки начислялись за каждый уровень пирамиды, который преодолевал робот.

Поле для состязания

Видео, поясняющее суть игры:

Кроме того, игра является командной – на каждой стороне может играть несколько роботов. Поэтому, по мере того, как игры подходили к финалам и полуфиналам, команды роботов объединялись в альянсы.
Каждый год участникам предлагается новое задание, и, поэтому, робот, который победил в соревнованиях год назад, совершенно не обязательно окажется удачным решением для нового задания. Начиная с января, когда было объявлено задание этого года, у команд было всего 6 недель на то, чтобы пройти путь от набросков до чертежей, «железа», «софта» и полностью работающей системы. По истечении 6 недель, команды останавливают работу над роботом и буквально не прикасаются к нему, за исключением подготовки перед началом игр и в перерывах между раундами.
Программа FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology) берет свое начало в 1992 году, и появилась благодаря Дину Каймену, наиболее известному, как изобретатель Сегвея и других механических устройств. Его идея заключалась в том, чтобы предоставить школьникам возможность работать над конкретными инженерными задачами под присмотром профессионалов.

Полицейские на сегвеях.

В этом году FIRST Robotic Competition (FRC) привлек около 54.000 старшеклассников (14-18лет.), организовавших более 2700 команд, при участии 16000 менторов и советников из числа взрослых и около 3000 корпоративных спонсоров. В то время, как FRC – действительно крупное мероприятие, программа FIRST также включает в себя FTC (FIRST Tech Challenge) для школьников 12-18 лет, FLL (FIRST Lego League) для 9-14 летних и Jr. FLL для тех, кому еще только 6-9 лет.

Одна из команд FIRST Lego League

Основным спонсором выступает NASA, что объясняется интересом к созданию роботов для межпланетной разведки. В качестве других спонсоров выступают крупные аэрокосмические и технологические компании (в их числе Intel и Wind River), включая специализирующихся на программном обеспечении для встроенных систем. В этом году школьники, участвующие в чемпионате, также получили более $16 млн. в виде стипендий через программу FIRST, не считая иных источников финансирования.

Корпоративная поддержка преимущественно исходит от прикладных компаний, которые ставят своей целью воспитать следующее поколение своих сотрудников. Даже в худшие годы рецессии наблюдалась нехватка инженерных специалистов, а безработица в данном секторе остается невероятно низкой. FIRST действительно дает молодежи уникальные возможности для начала инженерной карьеры. Кроме того, это то, что может сделать их «звездой» в школе. 🙂

Также, многие сторонники отмечают, что FIRST дает школьникам опыт и знания, которые они просто не в состоянии получить в школьных стенах, даже если профильными предметами для них являются технические дисциплины. Практические навыки, получаемые при участии в подобных соревнованиях, включают: проектирование механических и электрических частей, работа с профессиональными инструментами проектирования и разработки, создание собственных уникальных деталей, сборка роботов и программирование встроенных систем.
«Для того, что выглядит как движение, возможно написана тысяча строк кода» говорит капитан одной из команд. «Только программирование заняло 2 недели работы и трех программистов» (из 6 недель отведенных на создание робота).
Участники чемпионата учатся тому, как, взяв идею, превратить её в реальность, с учетом ограничений реального мира, таких, как: время, бюджет и материалы. Например, в этом году участникам было необходимо принять следующее критически важное решение: насколько оптимизировать своих роботов для подъема на пирамиду, скорости, маневренности и метания дисков. В ряде случаев эти критерии взаимоисключающие.

Немного «игрового» видео:

Робот одной из команд оказался достаточно низким для того, чтобы проезжать под пирамидами, что позволяло стрелять по «дорогостоящим» мишеням с меньшего расстояния и не тратить время на маневры при езде по полю. Другой же команде удалось создать робота, достаточно ловкого чтобы подбирать упавшие на поле диски и метать их, вместо того, чтобы ехать через всё поле за новым «боекомплектом». Еще одной команде удалось создать единственного робота, способного раз за разом подниматься на третий ярус пирамиды. Секрет их дизайна, о котором они с гордостью рассказывают, в том, что рука поднимающая робота также служит и для запуска дисков. Для сравнения, все прочие команды для этого разрабатывали два независимых устройства.

Прототип одного из роботов забирается на третий уровень «пирамиды»:

Еще один поднимающийся робот:

Кстати, что касается подъема вверх, тут не обошлось без курьезов. Судьба одного из полуфиналов оказалась висящей на волоске. В прямом смысле этого слова: один из роботов, поднявшийся с земли на самый нижний уровень пирамиды, не получил баллов из-за нити, которая свисала с него, касаясь земли. И аннулирование этих баллов изменило результат полуфинала. «Победа или поражение, подобные соревнования учат вещам, которые нельзя вынести со школьных уроков», говорит капитан проигравшей команды, «Робот – это лаборатория для самого себя – это реальность, а не теория, и он должен работать. Чтобы успешно делать своё дело, чтобы победить, он должен быть высокого качества».

А еще робот – это результат командной работы. Одна из важнейших для большинства участников составляющих соревнований — возможность наряду со знаниями математики и других наук, учиться общаться друг с другом, и работать в команде. Эти знания нужны не только для того, чтобы построить классного робота, но и для того, чтобы доказать спонсорам и судьям почему именно ваша команда столь крута. Даже если они не будут заниматься роботами в будущем, то навыки общения, убеждения или даже лести и подшучивания друг над другом всё равно им пригодятся.

Суммы денег, вовлеченные в участие в чемпионате, могут отпугнуть потенциальных организаторов. Особенно в первый год, когда у вашей команды нет никакого робота, чтобы продемонстрировать его. И хотя правила требуют, что робот не может стоить более $4000, и ни одна его отдельная деталь не может стоить дороже $400, но расходы, связанные с транспортировкой и поездками, быстро увеличивают эту сумму в разы. С другой стороны, это позволяет помимо прочего получить некоторые навыки маркетинга, ведения дел и написания пресс-релизов. Даже имея внушительный годовой бюджет (~$50-70 тыс), участники команды должны показать куда и как они собираются потратить эти деньги.

В этом году Победителями чемпионата стал альянс из трех команд (две из Канады и одна из Техаса). Мы будем с интересом следить за тем, какое задание организаторы предложат участникам в следующем году, и обязательно вам об этом расскажем.