I ty możesz zbudować robota

I ty możesz zbudować robota

Amerykańscy uczniowie szkół średnich rywalizują w zawodach skonstruowanych przez siebie robotów

W ostatniej dekadzie amerykańscy uczniowie szkół średnich mogą rywalizować w specyficznej olimpiadzie wiedzy technicznej, w której walczą skonstruowane przez nich roboty. Na pomysł takich igrzysk wpadł Dean Kamen, zapalony technik i inżynier. Odwiedził kiedyś w domu kolegę, którego ojciec, jak się okazało, był laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie nauk ścisłych. Honorowa statuetka noblisty spoczywała gdzieś w piwnicy i nawet dla jej zdobywcy nie przedstawiała już wielkiej wartości, nie mówiąc o bliższych i dalszych sąsiadach laureata. Tak zrodziła się idea: sprawić, aby bohaterowie nauki i techniki cieszyli się sławą przynajmniej taką, jaka przysługuje gwiazdom sportu.
Na początku pomysł Kamena przedstawiał się dosyć skromnie. Zorganizował zawody dla konstruktorów zdalnie sterowanych zabawek. Liczba uczestników była jeszcze niewielka, a zasięg turnieju lokalny. Największym sukcesem było jednak obudzenie żądzy technicznej rywalizacji u młodzieży szkolnej. Niebawem z zawodów małych zabawek turnieje FIRST przekształciły się w rywalizację większych rozmiarami robotów, które ważą ponad 70 kg, do ich skonstruowania zaś trzeba było zaangażować kilkunasto- lub kilkudziesięcioosobowe zespoły szkolne złożone z uczniów, nauczycieli i rodziców, którzy mają w sobie zacięcie techniczne i wiedzę potrzebną przy budowie zdalnie sterowanych, a nawet myślących urządzeń. Ponieważ zabawa w roboty okazała się dosyć droga, szkoły zaczęły do udziału w turniejach zapraszać sponsorów, znaczące na rynku firmy, zwłaszcza mające zaplecze w postaci warsztatów, laboratoriów i specjalistycznego sprzętu. Firmy zaś szybko dostrzegły w turniejach szansę na promocję swoich możliwości technicznych i organizacyjnych.

Finał na stadionie olimpijskim

Obecnie szkolne zespoły biorące udział w igrzyskach robotów FIRST nierzadko wspierane są technicznie, organizacyjnie i finansowo, ale jednak ich podstawową siłą napędową jest młodzież, która gros pracy wykonuje sama pod okiem doświadczonych fachowców.
Turnieje FIRST wzbudzają ogromne emocje. Skonstruowane przez nieopierzonych jeszcze inżynierów roboty najpierw biorą udział w eliminacjach lokalnych, potem stanowych, najlepsze zaś z nich trafiają na finał narodowy do Atlanty, który organizowany jest na stadionie olimpijskim.
FIRST stał się z biegiem lat ogólnonarodowym ruchem entuzjastów postępu technicznego. Co roku bierze w nim udział ponad 1,5 tys. zespołów. Nawet szkoły średnie, których nie stać na zapewnienie sobie pomocy znakomitych fachowców, starają się włączać do rywalizacji. Zapaleńcy zbierają pieniądze na wpisowe, myjąc szyby samochodów lub sprzedając złom.
Organizatorzy turniejów dbają nie tylko o atrakcyjność rozgrywek, lecz także o wyrównane szanse startujących w konkursie zespołów. W ramach kilkusetdolarowego wpisowego dostarcza się wszystkim takie same silniki i sprężarki do siłowników pneumatycznych oraz takiego samego radiowego pilota do sterowania, jednak projekt i konstrukcja robota jest już dziełem zespołu szkolnego.
Na zaprojektowanie, zbudowanie i przetestowanie nowego urządzenia zespół szkolny ma sześć tygodni na początku każdego roku kalendarzowego, potem odbywają się zawody, w których ostatnio zaczynają brać udział także zespoły z Kanady, Meksyku, Brazylii, nawet z Izraela. W ostatnim turnieju pojawili się też obserwatorzy z Rosji.

Goryle z Michigan

Jednym z liderów amerykańskich turniejów robotów jest zespół o nazwie Las Guerillas z numerem 469. Nazwa to swoiste skrzyżowanie goryli z południowoamerykańskimi partyzantami. U Goryli szefem inżynierów jest Polak, Artur (Art) Ostrowski, który doświadczenia zawodowe zdobywał w amerykańskim przemyśle lotniczym i samochodowym. Kiedy syn pana Ostrowskiego uczył się jeszcze w szkole, tatusiowi bardzo spodobała się możliwość popisania się swoimi umiejętnościami i wiedzą techniczną. Z czasem pan Artur tak się wciągnął w tę zabawę, że stała się ona jego najważniejszym hobby. Także dzisiaj, choć syn już dawno opuścił szkołę, może opowiadać o kolejnych robotach zespołu 469 bez końca. – Wszystkie zachowaliśmy na pamiątkę, choć z niektórych wymontowuje się potrzebne podzespoły.
Organizatorzy turniejów FIRST za każdym razem przyznają wiele nagród. Zwycięskie zespoły otrzymują medale i statuetki, ale nagrody wręcza się także za np. najlepiej zaprojektowaną stronę internetową, za aktywność w pomaganiu gorzej zorganizowanym zespołom, za sportową postawę w walce, za sponsoring itd. Prestiżową nagrodą jest też Woodie Flowers przyznawana tzw. mentorom, a więc społecznym szefom poszczególnych oddziałów budujących szkolnego robota. W zespole Las Guerillas wszyscy trzej mentorzy, czyli główny programista Dan Kimura, główny elektronik Don Wright i główny inżynier mechanik Art Ostrowski, otrzymali już te nagrody, co ogromnie podniosło notowania zespołu i dało bodziec do dalszych zwycięstw uczniom ze szkoły International Academy z Bloomfield Hills w stanie Michigan.
W historii zespołu 469, jak można przeczytać na stronie internetowej Las Guerillas, były okresy słabsze i pełne chwały. Zaczęło się od tego, że szkoła spóźniła się z przygotowaniami do turnieju FIRST w 1999 r. Ale już w 2000 r. szkolny zespół 18 zapaleńców zdołał pozyskać pierwszych sponsorów, takich jak firmy Nachi Robotics i Magna, które nie tylko wsparły uczniowski pomysł finansowo, ale także udostępniły magazyn ze sprzętem mechanicznym i przyrządami pomiarowymi. Dziś głównymi sponsorami Goryli są firmy AVL i Android Industries (ta druga udostępnia uczniom swoje warsztaty). Dzięki zewnętrznemu wsparciu 469 zdobył nagrodę o nazwie Rookie All Star w eliminacjach regionalnych Wielkich Jezior Amerykańskich i uplasował się na 16. pozycji w Narodowym Finale w Atlancie.
Złotymi zgłoskami w historii zespołu zapisał się Art Ostrowski, który jako pierwszy i najbardziej wierny mentor przystąpił do działania już w eliminacjach do turnieju w 2001 r. W 2002 r. zespół zwyciężył w dwóch turniejach lokalnych, w Cleveland i Wielkich Jeziorach, rosła też jego pozycja w finałach. Rok później robot zespołu 469 razem z robotami zespołów 111 i 65 zdobył mistrzostwo świata. Do powtórzenia tego sukcesu w 2004 r. zabrakło tylko jednego punktu.

469 na piątkę

Każdego roku zadanie jest inne, roboty muszą np. coś podnosić, coś ustawiać, poruszać się po terenie i wykazywać się nie tylko możliwościami zdalnego sterowania, ale nawet własną inteligencją. Kiedy zespół Arta Ostrowskiego zwyciężył w 2003 r. w Atlancie, roboty miały wówczas za zadanie spychać się z wielkiej rampy, na której wcześniej ustawiały pojemniki. Robot z zespołu 469 był wystarczająco silny, aby nie dać się zepchnąć, ale potrafił też w ostatniej konkurencji – stworzenia piramidy z robotów – samodzielnie rozłożyć się w długą na kilkanaście metrów platformę. To zapewniło całej trzyrobotowej drużynie najwyższe laury.
W marcu 2008 r. zadanie dla robotów było już zupełnie inne. Maszyny miały być skrzyżowane z samochodami wyścigowymi, które pędzą dookoła boiska, a pod bramką rzucają wielką piłką o średnicy 1,2 m.
Zawody dla drużyn złożonych z trzech robotów zwykle trwają dwie minuty, ale przez pierwsze 15 sekund robotem się nie steruje, bo wykonuje on samodzielnie to, co mu podpowiada własna inteligencja, np. omija przeszkody, realizuje zadania, obserwując pole, i w tym wszystkim musi wykazać minimum samodzielności. Te pierwsze 15 sekund może zdecydować o ostatecznym zwycięstwie.
– Nasz zespół 469 – mówi pan Artur – jest obecnie złożony z 27 uczniów. Wspólnie budujemy dwa identyczne roboty, aby na jednym testować jego umiejętności, co czasami prowadzi do uszkodzeń, a drugi szykować do turnieju. Zwykle na zawody regionalne i krajowe jedziemy z ekipą techniczną, bo trzeba mieć ze sobą najpotrzebniejsze narzędzia i części zamienne. Wprawdzie organizatorzy eliminacji powinni zapewnić dobrze wyposażony warsztat mechaniczny, ale zwykle jest tam wielu chętnych do dokonywania jakichś nagłych napraw lub przeróbek. My staramy się być samowystarczalni.
– Jednego robotom nie wolno robić – uprzedza szef inżynierów Goryli. – Nie wolno im wzajemnie się niszczyć. Z tego powodu być może wielu uczniów jest zawiedzionych, ale rywalizacja obejmuje tylko zaawansowanie techniczne, wyrafinowanie konstrukcyjne i programowe, nie zaś czystą siłę, którą roboty będą obracać przeciwko sobie. Tego zabrania regulamin. Ale i tak, mimo pokojowego zastosowania robotów, ich działanie wyzwala u młodzieży ogromne emocje. Jeden z członków zespołu przyznał się nawet, że dla tej pasji zrezygnował z członkostwa w gangu młodzieżowym.
Zdaniem Artura Ostrowskiego, uczniowie, którzy biorą udział w rywalizacji, w ciągu roku przygotowań do turnieju zdobywają ogromną wiedzę, porównywalną z efektem jednego, a nawet dwóch lat nauki na politechnice. Poznają tajniki konstrukcji stalowych, uczą się obróbki skrawaniem i spawania, ale muszą też osiągnąć odpowiedni poziom w programowaniu i projektowaniu maszyn i urządzeń. Dzięki silnej motywacji nawet najmłodsi mogą stać się pełnoprawnymi członkami zespołów projektowych w poważnych firmach czy ośrodkach badawczych. Udział w turniejach robotów FIRST, a tym bardziej zajęcie zwycięskich pozycji w eliminacjach regionalnych czy krajowych to zarazem nieformalna przepustka na dowolną uczelnię techniczną w USA.

Roboty to moja pasja

Kiedy się przeczyta wypowiedzi uczniów średniej szkoły w Bloomfield Hills, którzy przystąpili do zespołu, uderza niezachwiane przekonanie, że ten wybór gruntownie zmienił ich życie. Może to brzmi trochę naiwnie, ale nie można wątpić w szczerość młodych ludzi.
Ida Fey przyznaje, że koledzy już od roku mówili jej o swej ekscytacji robotami, ale ona jakoś nie mogła uwierzyć, że coś, co jej nigdy nie interesowało, będzie ciekawe. Kiedy jednak się zdecydowała, doznała szoku. Zaczęła myśleć strategicznie, współpracować w dużym zespole i uczyć się całkowicie nowych rzeczy, nawet obsługi ciężkich maszyn. – Teraz już nie chcę tylko słuchać, chcę być w centrum działania.
Lucy Du już drugi rok należy do zespołu budującego roboty. Tata namawiał ją od najwcześniejszych lat do zawodu inżyniera, ale ta idea wydawała się jej dosyć odległa. Teraz dostrzegła w tym szansę własnej kariery.
Ajay Suresh doznał olśnienia podczas turnieju robotów, kiedy zrozumiał, że idzie tutaj nie o zwykłą walkę, ale także o pomoc innym, którzy sobie gorzej radzą. – W ten sposób człowiek staje się profesjonalistą – dodaje.
Amisha Agarwal działa w zespole drugi rok, ale na początku nie miała pewności, czy na coś się przyda, choć roboty bardzo ją interesowały. Teraz już zdobyła spore doświadczenie, zamierza w przyszłości zostać inżynierem.
Jimmy Cao od razu poczuł, że budowanie robotów to zajęcie w sam raz dla niego, planuje bowiem studia na inżynierii mechanicznej, natomiast Peggy Sah szczerze przyznaje, że nie miała zielonego pojęcia, że w jej szkole buduje się roboty. A teraz nie tylko zdobyła wiedzę z dziedziny techniki, lecz także nauczyła się pracować w grupie i poznawać innych ludzi w działaniu. – To jedno z najważniejszych moich doświadczeń – wyznaje młodziutka dziewczyna.
Na pytanie, czy podobna forma edukacji technicznej byłaby możliwa w polskich warunkach, Artur Ostrowski odpowiada pozytywnie. – Oczywiście przydałby się najpierw jakiś program pilotażowy zainicjowany w jednej z naszych politechnik, które dysponują odpowiednim zapleczem sprzętowym i przygotowaną kadrą. Turnieje robotów FIRST są otwarte dla wszystkich, chociaż do tej pory zespoły licealistów z Europy jeszcze się tam nie pojawiły.
Czy Polacy mogliby być pionierami w tej dziedzinie? Może warto spróbować, tym bardziej że przedmioty ścisłe w naszych szkołach wciąż nie mają wysokiego prestiżu. Amerykańska zabawa w roboty mogłaby pomóc przełamać tę ułomność.

________________________________

FIRST, czyli pierwsi w pracy, nauce i wyszkoleniu technicznym

Wymyślona i założona przez Dena Kamena organizacja FIRST, nie tylko oznacza pierwszy, a więc zakłada przodownictwo, ale jest też skrótem od angielskiego hasła (For Inspiration and Recognition of Science and Technology). Celem FIRST jest motywowanie młodzieży do wszechstronnego władania zasadami nauki i technologii. Można śmiało powiedzieć, że pobudziła zainteresowanie amerykańskich uczniów naukami ścisłymi, zwłaszcza matematyką, mechaniką, informatyką, fizyką, a także sprawnym zarządzaniem i organizacją pracy. Pomysł, aby motorem takiej aktywności były turnieje robotów wykonanych w szkołach, wypalił w całej rozciągłości. Dziś turnieje FIRST w USA stały się ogólnonarodowym wydarzeniem społecznym.

 

Wydanie: 33/2008

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy