Close

Studenti sestavují chytrá zařízení a vědecké nástroje s Arduinem

Článek Jona Davise, učitele ze Severní Karolíny:

National Academy of Engineering nedávno vyhlásila čtrnáct Velkých Technických Výzev pro 21. století. Jen se podívejte sami, je to pěkný seznam – podněcuje udržování životního prostředí, lidské zdraví a informační technologie posilující lidstvo jako takové. Poslední bod se mi však jevil jako nejzajímavější – konstruování nástrojů sloužících k vědeckým objevům.

arduinoscienceclass3-520x345

Jako učitel vědy na veřejné střední škole nemusím vždy mít přístup k financím na všechny vědecké pomůcky, které potřebuji. Nebylo by tedy hezké si tyto věci sestavit za menší peníze? Jako učitel genetiky jsem viděl, jak inovační nástroje – např. robotické sekvenční stroje – urychlují výzkum genomů různých druhů živočichů. Pokrok v sekvenčních metodách dokonce předstihnul i Mooreův zákon. Jak tedy můžeme vychovat další generaci inženýrů k tomu, aby vytvářeli nástroje umožňující vědcům lépe pochopit svět přírody? Jedním způsobem je inspirovat tuto generaci, aby si takové projekty představila a poskytnout jim potřebné nástroje již v raném věku. V tom okamžiku jsou open-source nástroje, jako Arduino, velmi užitečné.

Předání open-source hardwaru do rukou studentů

Arduino je open-source mikroovladač sloužící k vývoji prototypů elektrických zařízení. Bez problému jej můžete připojit k široké řadě levných senzorů, ze kterých poté sbírá data. Ta lze uložit na SD kartu, poslat zpět do PC nebo uploadovat do cloudu na další zpracování. Arduino umí pohánět motory, čímž vytváří pohyblivé, ale i „cítící“ vědecké nástroje. Jak jsme mohli vidět v TED talk rozhovoru s Massimem Banzim, už i studenti středních škol jsou schopni pomocí Arduina vytvářet nástroje určené k vědeckým účelům. Tvrzení podložil seznamem studentů, kteří vytvořili například čidla zaznamenávající zemětřesení, měřiče pH a pestrou škálu robotů.

V naší třídě se studentům podařilo hacknout robotickou paži, vytvořit nové rozhraní mezi člověkem a videohrou, připojit k autu čidla a vyvinout přenosný měřič znečištění vzduchu, který shromažďuje hodnoty ozonu po celém městě.

Musíte si uvědomit, že jsem vyučený biolog, nikoliv inženýr – vytváření prototypů těchto zařízení může být občas složité. Naštěstí jsem studenty během jejich projektů nemusel vodit za ručičku, jelikož open-source komunita veškeré podklady, kód Arduina a dokumentaci k úspěšnému začátku již poskytla. Studentům se povedlo vzít výchozí kód, upravit jej a s využitím svojí kreativity tak rozšířit předchozí práci. Arduino považuji za ideální učební platformu – po studentech vyžaduje naučit se psát kód, ten však nebude pouze hýbat pixely. Oživí přístroje v reálném světě, propůjčí jim dar pohybu a „cítění“ a zároveň lidem pomůže lépe poznat svět kolem nás.

Arduinoscienceclass1-520x496

„Nezapojený fázový vodič by nebyl vodičem“ je můj oblíbený aforismus. K sestavení našich projektů jsme použili Google ADK, dar od absolventů NCSSM ze společnosti Google. Jedná se o modifikované verze desek Arduino Mega a Due. Google je dlouhodobým podporovatelem open-source technologií. Po pár týdnech sestavování prototypů měli studenti v rukou funkční přístroje! Před odletem za lidmi z Google v Mountain View jsme museli zavolat TSA a oznámit, že do letadla nastoupíme se zvláštními přístroji s dráty a deskami. Po úspěšném příletu studenti odprezentovali své projekty.

Představování Arduina v Severokarolinském zemědělském kurikulu

Členové naší fakulty byli nedávno požádáni o vytvoření technicky zaměřeného kurikula pro Severní Karolínu financovaného programem Race to The Top ( skvělé využití financí na oživení ekonomiky). Mým úkolem bylo zajištění řady nových kurzů v oblasti Agro-vědy a Biotechnologie. Když jsem četl o způsobech, jak automatizace díky používání robotů, dronů, sítí bezdrátových čidel a ovládání skleníků zdokonaluje zemědělství, uvědomil jsem si, že všechny tyto technologie mohou být automatizovány Arduinem. Co víc, Arduino je již používáno při tvorbě nových generací těchto přístrojů.

Členové laboratoře na UC Davis využívají Arduino při vývoji vědeckých nástrojů a sítí bezdrátových senzorů na šetření vody během kalifornských období extrémního sucha. Jejich kolegové vytvářejí zemědělské roboty za účelem ulehčení práce při nedostatku pracovních sil. Vývoj moderní „čtyřkoptéry“ byl urychlený komunitou v DIYDrones, rovněž skrze open-source elektroniku ArduCopter a MissionPlanner. Užití dronů ke vzdálenému snímání vyvolalo v zemědělství vlnu očekávání (Bob Young, zakladatel Red Hat, o tento cíl usiluje u PrecisionHawk.)

arduinoscienceclass2-520x299

Když to všechno shrneme, není žádný pochyb o nutnosti naučit studenty vyvíjet pro Arduino. Zemědělské kurikulum na NC School of Science and Mathematics, spolu s kurikuly v ostatních oborech je licencováno pod Creative Commons a je dostupné všem online. Tento rok jsem začal s vyučováním Arduina učitelům a ostatním členům společnosti a s trochou štěstí naverbuji další skupinu studentů, se kterými zahájím zemědělské projekty jako je automatizace skleníků, sítě bezdrátových senzorů, drony a robotika! Náš úkol je jednoduchý – vypěstovat více potravin za méně. Tím „méně“ mám na mysli méně vody, hnojiva, pesticidů a orby. Všechny zmíněné vstupy jsou drahé a mají negativní dopad na životní prostředí. Precizní zemědělství – poháněno open-source technologií!

Vyučovací metody jsou samy o sobě open-source

Rád prohlašuji, že výuka je open-source – učitelé neustále sdílejí plány lekcí, prezentace a příručky činností. Starší učitelé pomáhají těm mladším s archivy těchto materiálů (mladší učitelé naoplátku přinášejí svěží, nové nápady a aktuální technologické dovednosti). Open-source nástroje se k výuce výborně hodí – nic nestojí, mohou být sdíleny, hacknuty, prozkoumány a co je nejdůležitější, mají podporu silné komunity uživatelů.

Tato komunita vzala malou open source desku, spolu s její open-source IDE, kódem s CC licencí a dokumentací a vytvořila všestrannou prototypní platformu, která má potenciál uskutečnit poslední z velkých výzev – konstruování nástrojů sloužících k vědeckým objevům. Jestliže jste učitel věd a potřebujete nové pomůcky, zkuste si je vyrobit sám. Open-source komunita vám s tím ráda pomůže.

Přeloženo z http://opensource.com/life/14/9/tools-scientific-discovery-open-hardware

Oldřich Horáček
Latest posts by Oldřich Horáček (see all)

Napsat komentář