Nezha pro micro:bit, bezbariérový vstup do světa elektroniky a programování
Dítě zrozené z divokých sil chaosu, někdy nazývané démonem, vychované však lidskými rodiči – to je princ Nezha[ 1 ], který se vzepřel svému údělu a změnil svůj osud. Tento hrdina tradičních čínských pověstí byl zároveň přítelem Opičího krále Sun Wukonga[ 2 ], bylo by tedy těžké najít vhodnějšího patrona pro stavebnici, která chce zpřístupnit svět elektroniky začátečníkům bez předchozích znalostí.
Obsah článku:
Jeden inspirativní TED talk, který spustil tichou revoluci
Začátkem roku 2012 přednesla charismatická inženýrka Ayah Bdeir[ 3 ] svou vizi stavebnice budoucnosti: Začíná připomenutím roku 1868, kdy svět poznal betonové bloky, stavební prvek pevné velikosti, díky kterému lze rychle stavět větší a komplexnější celky. O necelých sto let později se stala duchovním pokračovatelem této myšlenky firma LEGO®, která uvedla na trh dnes světoznámé kostičky.
Ovšem ve stejné době Bellovy laboratoře představili tranzistor, klíčový vynález pro současnou elektroniku. Stejně jako betonové bloky nebo plastová stavebnice i tranzistor umožňuje skládat větší a komplexnější celky blok po bloku – ale je tu jeden velký rozdíl: tranzistory byly srozumitelné pouze odborníkům a to brzdilo jejich rozšíření do umění nebo každodenního života.
Ayah Bdeir se rozhodla, že tuto překážku odstraní a přišla s konceptem elektroniky jako stavebnice, kde do sebe jednotlivé prvky snadno připojujete, aniž byste museli mít hlubší znalosti o tom, jak fungují uvnitř, stačí, když umíte použít jejich výstupy. Zrodil se tak koncept, který bychom mohli nazvat stavebnice černých skříněk, protože abyste mohli dílky spojovat, stačilo vědět, co je potřeba připojit na vstup a co můžete získat z výstupu. Navíc byly dílky navrženy tak, aby se naprosto minimalizovala možnost špatného zapojení.
V této chvíli pravděpodobně mnozí z vás chtějí vznést námitku: „Ale co Arduino? Vždyť to přišlo s podobnou myšlenkou již v roce 2005!“ A já za tuto námitku děkuji, protože projekt Arduino je skutečně velmi důležitým milníkem v historii elektroniky, který představil relativně jednoduchou prototypovací platformu, původně určenou pro studenty. Pořád však šlo o platformu, která vyžadovala nějaké elektrotechnické vědomosti a příležitostně i nějaké to zápasení s připojováním drátků, či dokonce pájení.
Koncept stavebnice černých skříněk oproti tomu přináší další úroveň abstrakce, která umožňuje rychle dosáhnout požadovaného výsledku. A díky zkušenosti lektora robotiky si myslím, že tohle je přístup, který současné generaci dětí, která vyrůstá ve světě, který neustále vyžaduje okamžitě viditelné výsledky, vyhovuje. Můžete stvořit fungující techniku a teprve zpětně zkoumat, jak vlastně pracuje uvnitř, což, budete-li chtít, umožňuje získat stejnou radost ze získaných zkušeností jako strýc František[ 4 ].
Démonické dítě a Opičí král
Nezdá se pravděpodobné, že by rozšiřující modul Nezha, který je součástí Inventor’s Kitu pro mladé vynálezce, byl přímo ovlivněn výše uvedenou přednáškou, je však poměrně zjevné, že je duchovním pokračovatelem konceptu stavebnice černých skříněk a zároveň má mnoho společného s již dříve uvedeným modulem Wukong, taktéž společnosti ELECFREAKS.
Obě dvě spojuje myšlenka, že zapojení do mechanické stavebnice, kterou děti, jakožto primární cílová skupina, důvěrně znají, usnadní osvojení nových konceptů. Ale nebojte se, mnoho dospělých též propadlo kouzlu stavebnic: Když se dobře podíváte kolem sebe, zjistíte, že celé naše prostředí je plné různých stavebnic. Jediný rozdíl je v tom, že ty drahé stavebnice, ve kterých se vozíme, obvykle mívají dílky vyrobené na míru a není tak jednoduché si je postavit doma v garáži z vlastních zásob – ačkoliv i to někteří dělají.
Dalším shodným rysem obou modulů je vestavěný dobíjecí akumulátor: 400mAh LiPol akumulátor v případě modulu Wukong a akumulátor LiPol 900 mAh v případě modulu Nezha.
Wukong sice nabízí menší a kompaktnější provedení, připojování senzorů se však stále spoléhá na připojování jednotlivých vodičů a potřebu znát pinout micro:bitu, který modul řídí. Zároveň zde můžeme najít integrovaný driver pro ovládání dvou DC motorů a piny pro připojení až osmi servomotorů. K řízení serv a senzorů využívá Wukong třívodičový standard GVS. Samotný plošný spoj modulu Wukong je potom přišroubován ke klonu běžného rámečku stavebnice LEGO® Technic, čímž je zajištěna snadná mechanická kompatibilita.
Modul Nezha je oproti Wukong zapouzdřen v robustním krytu, který je mechanicky kompatibilní jak se stavebnicí LEGO® Technic, tak konkurenční stavebnicí Fischertechnik. Co se týče připojení senzorů, nabízí Nezha sedm barevně kódovaných portů:
Vpravo se nachází čtyři číslované porty, kam je možné připojit digitální rozšiřující moduly. Porty J1 a J2 navíc umožňují zapojení i analogových senzorů. Digitální senzory jsou označeny červenou barvou portu, analogové senzory žlutou; na straně samotného modulu Nezha si můžete všimnout, že zmiňované porty J1 a J2 jsou označeny žlutým kolečkem na červeném poli, což značí, že je možné k nim připojit jak žluté, tak červené senzory.
Vlevo potom máme čtyři modré porty pro moduly využívající rozhraní I²C (zde poněkud netradičně označeno IIC) – číslování zde není potřeba, identifikaci zařízení obstará zvolené rozhraní.
[ POZNÁMKA ] Všimněte si, že na krytu jsou číslované porty označeny pouze číslem, kdežto v programovacím prostředí jsou navíc označeny prefixem J-. Pravděpodobným důvodem tohoto označení je snaha zamezit záměně číslovaných portů s označením vlastních pinů micro:bitu.
Co se týče možností připojení motorů, nabízí Nezha poměrně bohatý výběr: Máme tu hned čtyři přípojky pro DC motory. Počítá se, že budeme využívat konektor se zámkem PFH02-02P, který znemožňuje špatné připojení vodičů. Zásuvka ovšem umožňuje i připojení pomocí tradičních Dupont koncovek – jen si v případě, že na tom záleží, musíme ohlídat polaritu vodičů. Pracovní napětí je dle dokumentace 3,8 V, což bohužel celkem omezuje výběr motorů, které můžeme použít. Dobrou zprávou ovšem je, že se předpokládá využití motorů Geekservo, které od začátku počítají s možností využít micro:bit jako řídící jednotku.
Zajímavým rozšířením možností je adaptér pro připojení 9V motorů stavebnicového systému Fischertechnik. Menší komplikaci ovšem představuje skutečnost, že stavebnice využívá vlastních koncovek, které se k vodičům připojují pomocí šroubovacích svorek. Zkušenějšímu elektronickému kutilovi se ale otevírá cesta, jak připojit i další 9V motory.
Pokud nepotřebujeme kontinuální pohyb klasických motorů, ale místo toho využijeme natočit motor o konkrétní úhel, můžeme využít porty S1 až S4 pro připojení serv, tradičně pomocí standardu GVS.
Barvy z Planety X
PlanetX je označení pro systém elektronických modulů jejichž srdcem je právě modul Nezha, stejně dobře však poslouží i robot pro nejmenší TPbot[ 5 ]. Charakteristické je pro PlanetX použití kablíků s koncovkou RJ11 4P4C. Pokud byste chtěli doplnit kablíky z nabídky některého obchodu s elektronikou, ujistěte se, že jste vybrali správnou koncovku – standard RJ11 definuje několik typů zakončení a do přípojky 4P4C vám jiné pasovat nebudou.
Samotné elektronické moduly, tedy pomyslné černé skříňky této stavebnice, jsou pak rozčleněny do třech kategorií označených barvami. Jak bylo již výše uvedeno, jedná se o označení typu periferie a příslušnou barvou je označena nejen přípojka na modulu Nezha, ale dokonce i rozšíření pro programovací prostředí MakeCode zachovává barevné značení, což umožňuje opravdu rychlou orientaci v zapojení.
V základní sadě Nezha Inventor’s kit for micro:bit naleznete především moduly značené ∎ – jedná se o komponenty, které můžete připojit do všech číslovaných portů, protože jsou řízeny vodičem s digitálním signálem, tedy signálem, který ostře rozlišuje pouze stavy 1 nebo 0, obvykle značící zapnutí a vypnutí. Takto elementární užití využijete například u různobarevných LED modulů, které v sadě najdete, nicméně i s digitálním signálem lze kódovat složitější informace, například hodnoty ze snímače vzdálenosti či snímače čáry, které v Inventor’s kitu najdete také.
Nezha Inventor’s kit for micro:bit obsahuje i dva moduly označené ∎ – snímač vlhkosti půdy a potenciometr. Zejména potenciometr najde využití v mnoha projektech, protože díky tomu, že měří výstupní hodnoty v rozsahu 0-1023, je vhodným ovládacím prvkem, pokud chceme nastavit hodnotu určité veličiny nějakého jiného prvku, například rychlosti u motorů.
Tajemná písmena IIC či tradičněji I²C jsou zkratkou pro Inter-Integrated Circuit, tedy doslovně přeloženo inter-integrovaný obvod, což je počítačová sériová sběrnice vyvinutá firmou Philips používaná pro připojení nízko rychlostních periferií k základní desce či vestavěnému systému.
Stručně shrnuto, jde o způsob, který umožňuje pomocí dvou vodičů řídit vícero zařízení. Jeden z vodičů je určený pro hodinový signál (značí se SCL a v micro:bitu je zabudován do pinu 19) a druhý je datový kanál (značí se SDA, což je zkratka pro Synchronous Data a v micro:bitu je zabudován do pinu 20). Pokud vás mate, že konektory pro I²C mají nejčastěji čtyři vodiče, pak je třeba si říct, že další dva vodiče bývají určeny pro distribuci napájení, tedy jeden je GROUND a druhý POWER.
Pokud jste se prokousali poměrně technickým popisem výše, pak už nejspíš tušíte, proč přípojky IIC pro moduly značené ∎ nenesou číselné označení: Ve skutečnosti se jedná o tři vývody z týchž PINů micro:bitu. O identifikaci zařízení se pak stará komunikace probíhající na sběrnici I²C. V Inventor’s kitu byste však hledali příslušné moduly marně – obvykle se jedná o pokročilejší senzory a patří tak do rozšiřujících kitů, jako je například Sada příslušenství pro interaktivní kódování. Zde najdete hned dva moduly označené ∎: barevný senzor a snímač gest.
Mezi I²C moduly ovšem můžete najít i rodinné stříbro systému PlanetX: Smart AI Lens čili Chytrou kameru pro A.I. umělou inteligenci. V ELECFREACKS vyvinuli tuto kameru speciálně pro použití s micro:bitem a zprostředkovávají tak v co nejpřístupnější podobě nástroj pro zpracování obrazu. Díky použité umělé inteligenci můžete využívat rozpoznávání obličeje, trasování objektu či rozpoznávání karet či piktogramů. To vše zabaleno do robustního pouzdra, protože kamera je určena i pro nejmenší zájemce o elektroniku a měla by tedy něco vydržet.
Když to shrnu, představuje _Nezha_ ideální start pro začátečníky bez předchozích znalostí, protože využívá konceptu, který jsme si pojmenovali stavebnice černých skříněk. Jedná se o propojení modulů, které umožňuje soustředit se na programování jejich součinnosti, aniž bychom museli řešit, jak fungují jednotlivé komponenty z pohledu elektroniky.
Až nás to bude zajímat, tak nám systém těchto modulů, který se jmenuje _PlanetX_, nebrání v podrobném zkoumání vnitřního zapojení. V budoucnu si projdeme předpřipravené projekty pro _Nezha Inventor’s kit for micro:bit_, který představuje ideální startovní sadu typu all-in-one, tedy sadu, která obsahuje vše potřebné pro start (tedy s výjimkou samotného _micro:bitu_, který je třeba dokoupit zvlášť). Podíváme se též trochu blíže na rodinu motorů _Geekservo_ a projdeme nějaké rady, jak využít stavebnici LEGO® (zejména variantu LEGO® Technic) k vystavení potřebné mechaniky a vnější konstrukce pro našeho robota.
[ 1 ] Nezha (Natča, někdy Ne-Ča, případně Ne-Čao) patří mezi oblíbené mytologické postavy. O tom, že jeho příběh oslovuje i současnou generaci svědčí i nedávné filmové adaptace Nezha: Birth of the Demon Child (2019) či New Gods: Nezha Reborn (2021). Uvádím názvy pro anglofonní distribuci, pod kterou filmy nejsnáze dohledáte, odkazuji potom na stránky Česko-Slovenské filmové databáze, kde se můžete dozvědět i další distribuční názvy. Druhý z uvedených filmů je v době vydání článku ke zhlédnutí ve službě Netflix.
Oba filmy jsou však spíše variací na tradiční příběh o dítěti zrozeném ze sil chaosu, které leč bylo dobromyslné, bylo i zlobivé a často ve snaze pomoct napáchalo mnoho škod. Nicméně jde o příběh hrdiny, který obětoval vlastní život, aby zachránil mnoho lidí, kterým hrozil Dračí král zkázou, pokud mu ho nevydají. Nezhova matka ve svém smutku našla cestu jak ho přivézt zpět, čímž získal mystické schopnosti. Ty jsou důvodem, proč je vyobrazován s vícero rukama případně i hlavami.
[ 2 ] Sun Wukong (dle tradičního českého přepisu Sun Wu-kchung) je pletichář a šejdíř, ale také statečný hrdina známý jako Opičí král. Své jméno, které znamená „Ten který pochopil prázdnotu”, získal od jednoho z žáků samotného Buddhy. Tato literární postava se proslavila díky románu Putování na západ, který je považován za jedno z nejvýznamnějších děl čínské literatury. Ve zmíněném příběhu se mimochodem několikrát objeví i princ Nezha, který zpočátku změří své síly s Opičím králem, ale později se z nich stanou přátelé a spojenci.
Wukong je také označení rozšiřujícího modulu od společnosti ELECFREAKS, která přišla s propojením microbitu s modulární stavebnicí právě ve snaze otevřít svět elektroniky nováčkům. Oproti modulu Nezha však míří na o něco starší či zkušenější cílovou skupinu, výhodou jsou však menší rozměry.
[ 3 ] Ayah Bdeir je inženýrka libanonsko-kanadského původu. Rodiče nevěřili v genderové predispozice k různým talentům, proto podporovali své dcery v přírodovědných zájmech a kariéře vědkyň a inženýrek. Ayah si hrála s chemickými soupravami a ve svých 12 letech navštěvovala lekce programování na počítači Commodore 64. Její vášní bylo jak umění, tak láska k matematice, která nakonec rozhodla o dráze počítačové inženýrky. Stala se z ní výrazná protagonistka hnutí Open Hardware a proponentka hnutí za genderovou neutralitu hraček.
[ 4 ] Názor tety, že strýc byl vědeckým pracovníkem, také není možno úplně vyvrátit. V určitém smyslu slova byl člověkem, který objevil celou řadu chemických pouček a pravidel nejrůznějšího druhu. Všechna tato pravidla už před ním objevili jiní, ale strýc o tom nic nevěděl, a nelze proto jeho zásluhy přehlížet. Protože chemii vůbec nerozuměl, byly cesty jeho objevů posety trny a zkropeny potem, ale tím větší byla jeho radost ze získání zkušeností.
Nebylo mu lze upřít sportovního ducha. Podobal se člověku, který po ovládnutí malé násobilky prohlásil svým učitelům: „Dál už mi nic neříkejte. Nechci nic slyšet o tom, že pan Pythagoras, Eudoxus, Euklides, Archimédes a tak dále vymyslili to a to. Nepotřebuji týt z toho, co objevili jiní. Dejte mi papír, tužku a kružidlo a nechte mne na pokoji. Však já na to přijdu sám.” Zdeněk Jirotka: Saturnin
[ 5 ] TPbot, ve svém jménu ukrývá dalšího z hrdinů Putování na západ, nebeského maršála Tianpenga, který byl za svůj prohřešek proměněn do napůl prasečí a napůl lidské podoby. Známější je však pod jménem Zhu Bajie, či pod přezdívkou Čuník (v angličtině Pigsy). Přestože jeho slabinou je sklon k přílišnému holdování jídlu a pití, jedná se o kladnou postavu, která se vždy snaží udržet své přátele v dobré náladě.
