Андроид-лингвист, квадрокоптер, управляемый жестами, модульный планетоход и виртуальная перчатка — изобретения московских школьников могли бы стать частью сценария фантастических блокбастеров. Около 25 тысяч учеников предпрофессиональных классов работают над сложными проектами в области промышленных, цифровых и медицинских технологий под руководством преподавателей ведущих столичных вузов. О том, как школьники создают роботов и осваивают виртуальную реальность, кто им в этом помогает и где могут пригодиться такие разработки, рассказали на официальном сайте мэра Москвы.
Исследовать другие планеты и VR-пространство
Ученики инженерных и ИТ-классов разрабатывают роботизированные протезы конечностей, управляемые жестами дроны, социальных роботов и звуковые шахматы для незрячих. Будущие врачи проводят исследования в области медицины. В медиаклассах пишут заметки и лонгриды, снимают передачи и документальные фильмы, записывают подкасты и радиоэфиры, в предпринимательских — создают бизнес-планы, а в психолого-педагогических — придумывают способы работы со школьниками, учитывающие их интересы и индивидуальные особенности.
Столичные вузы предоставляют юным исследователям и изобретателям площадки для работы, преподаватели проводят научные консультации, дают доступ к базам знаний, помогают подобрать литературу и ставить эксперименты, учат пользоваться высокотехнологичным оборудованием. Свои проекты школьники презентуют на научно-практических конференциях. Их оценивает жюри, в которое входят представители вузов и потенциальные работодатели.
Так, Даниил Лебедев и Елизавета Кутузова из 11-го инженерного класса школы № 2045 представили на научно-практической конференции «Инженеры будущего» тактильную VR-перчатку, с помощью которой можно осязать предметы из виртуального пространства. Ее отпечатали на 3D-принтере и дополнили программным обеспечением, позволяющим войти в VR-среду. Для отслеживания движений пальцев школьники использовали потенциометры, для блокирования движений — сервоприводы, а передачу обратной тактильной связи обеспечивают вибромоторы. Разработка пригодится в области проектирования, образования, медицины, промышленности, индустрии развлечений и других сферах.
Ангелина Лебедь-Юрченко, выпускница ИТ-класса школы № 1580, создает прототип многоцелевого модульного планетохода. Разработка может использоваться при освоении других планет, увеличив эффективность и долговечность транспорта, работающего на незнакомом грунте. Уже готовы 3D-модель планетохода и детали корпуса, а также собраны два редуктора для управления и удержания подвески. Когда будет написана программа для ровера и завершится сборка устройства, начнутся испытания планетохода, чтобы установить его максимальную грузоподъемность, проходимость, прочность и надежность.
Ортез на шнурках
Все изобретения московских школьников рассчитаны на то, чтобы приносить пользу. Ученица 11-го инженерного класса школы № 1357 Екатерина Карпова разработала индивидуальный ортез для восстановления после перелома руки. Сетчатая конструкция, напечатанная из пластика на 3D-принтере, практически не ощущается на теле, но при этом надежно фиксирует кисть.
«У меня случались переломы, и приходилось носить ортезы, но они были очень неудобные. Когда я думала над школьным проектом, родители посоветовали сделать функциональный и легкий ортез. Эту идею одобрили и научные руководители. Разработка ортеза заняла полтора месяца, изначально он получился плоским, но если опустить пластик в кипяток, а потом остудить — он принимает форму руки. А благодаря резинкам и шнуркам его легко отрегулировать, снять при необходимости, а потом надеть снова», — рассказывает школьница.
Созданный Екатериной Карповой ортез по себестоимости намного дешевле аналогов, при этом его можно изготовить в индивидуальном размере. Выпускница представила свой проект на научно-практической конференции «Инженеры будущего» и заняла призовое место.
«Хотелось бы и дальше развивать эту технологию, сделать ортезы не только для рук, но и для ног. Возможно, я продолжу работу над проектом в университете, планирую поступить на инженерное или ИТ-направление, но сначала надо хорошо сдать экзамены», — сказала Екатерина Карпова.
Андроид-лингвист
Некоторые разработки столичных выпускников удивляют своей креативностью. Так, ученики 11-го инженерного класса школы № 1528 Евгения Дмитриева и Игорь Левин создали виртуального преподавателя иностранных языков в виде роботизированной головы с голосовым ассистентом. Андроид-лингвист работает на основе большой языковой модели GPT и может поддержать разговор на разные темы. А его вращающаяся шея и двигающиеся челюсти в сочетании с голубыми светодиодными глазами производят незабываемое впечатление.
«Сначала хотела связать проект с медициной, но таких голосовых помощников уже достаточно много. Поэтому решила создать что-то близкое к своему хобби — я изучаю итальянский и английский языки. По моей задумке, разработка должна была помочь людям, которые хотят учиться, но не имеют возможности посещать курсы. Вместе с одноклассником Игорем Левиным мы напечатали детали головы на 3D-принтере, написали код для программы, вставили в нее контроллер, датчики и различные сервоприводы, чтобы голова могла двигаться», — объясняет школьница.
Чтобы начать разговор с ассистентом, нужно произнести ключевые фразы «Поговорим на русском?» или «Поговорим на английском?». Благодаря библиотеке распознавания речи вопросы преобразуются в текст и отправляются в чат-бот, а затем с помощью библиотеки синтеза речи робот выдает ответы через блютус-колонку. Работающая от сети «говорящая голова» может полноценно вести диалог: обсуждать погоду, путешествия, новости и даже искусство, переводить слова и предложения, а также исправлять ошибки. К виртуальному преподавателю прилагается отдельная программа для ноутбука. В ее настройках можно выбрать мужской или женский голос для робота и файлы с нужными уроками.
«Мы специально не делали голову слишком похожей на человеческую, чтобы избежать так называемого эффекта зловещей долины. Когда робот выглядит слишком натурально, становится некомфортно рядом с ним находиться. С этой разработкой мы победили на научно-практических конференциях "Инженеры будущего" и "Наука для жизни" и заняли второе место на конкурсе "Потенциал". Кроме того, проект помог мне определиться с профессией: я хочу стать инженером-программистом и создавать умных роботов», — говорит Евгения Дмитриева.
На воде и в воздухе
Развитие беспилотных технологий — одно из наиболее востребованных направлений сегодня. Ученики 11-го ИТ-класса школы № 1504 Сергей Королев, Дмитрий Рюгин и Владислав Орлов создали прототип квадрокоптера с манипулятором, которым можно управлять жестами. Если послать команды беспилотнику рукой в специальной перчатке, он считает их и придет в движение: начнут вращаться моторы, открываться и закрываться клешни-манипуляторы. Такая технология позволит управлять квадрокоптером с большой точностью.
А Никита Матус и Андрей Куликов из 11-го инженерного предпрофессионального класса школы № 491 сконструировали надводный беспилотный аппарат с эхолотом и системой FPV, с помощью которой изображение с бортовой камеры передает видео на монитор. Изобретение облегчит работу по наблюдению за акваторией водоемов, исследованию рельефа дна, отслеживанию миграции рыб и даже спасению утопающих.
«Мы с Андреем занимались в кружке судомоделирования и однажды на соревнованиях, которые проходили на берегу Северной Двины, увидели, как сотрудники рыбнадзора сплавлялись на лодке и производили расчеты при помощи эхолота. Они выглядели очень уставшими, и мы задумались о том, как облегчить эту работу. Так появилась идея создать надводный беспилотник в формфакторе катамарана с использованием композитных технологий, чтобы он был прочным, легким и устойчивым против течения и ветра», — рассказывает Никита Матус.
Корпус аппарата почти метровой длины школьники изготовили из стеклопластика, часть деталей распечатали на 3D-принтере. Беспилотник оснастили вращающейся видеокамерой в герметизированной пленке, съемным эхолотом, мотором и аналогом громкоговорителя, чтобы предупреждать потенциальных браконьеров. Для ночного патрулирования на аппарат установили фонарь и бортовые огни. Дрон весом 25 килограммов работает на литийионном аккумуляторе и солнечных панелях. Оператор может управлять им с помощью пульта, но ребята планируют установить на свое изобретение GPS-модуль и систему ArduPilot, чтобы оно могло перемещаться по заданному маршруту без участия человека.
