Igrače za velike: s pomočjo Lego Mindstorms in ekipnega dela do znanja avtomatike

Na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani je minuli četrtek že sedmo leto zapored potekal turnir Lego Masters 2019. Tekmovanje je organiziral Laboratorij za avtomatiko in kibernetiko (LAK) Fakultete za elektrotehniko v Ljubljani, nanj pa so bile povabljene dijaške ekipe vseh srednjih šol ter študentske ekipe vseh smeri in letnikov. Tudi tokrat so dijaki in študentje dokazovali svoje znanje avtomatike ter avtonomnih mobilnih sistemov, glavni cilj pa ni bila nagrada, pač pa pot do nje, ki temelji na dobrem ekipnem delu, spodbujanju projektno orientiranega razmišljanja ter pridobitvi dodatnih praktičnih znanj skozi igro.

Turnirja se je letos udeležilo 28 dijaških ekip, kar pomeni 86 udeležencev iz 11 različnih šol ter 13 mentorjev. Med študenti pa osem ekip oziroma 21 udeležencev.

Vzdušje v preddverju fakultete, ki smo jo obiskali še pred polfinalnimi in finalnimi dvoboji, je bilo pestro. Ob poligonih, kjer je potekalo tekmovanje robotov, si lahko opazil zaskrbljene, resne mlade obraze. Nekateri so še zadnje trenutke izkoristili za preverjanje programske kode, iskali morebitne napake, izboljšave. Spet drugi so bolj sproščeno opazovali 'konkurenco' in razmišljali o morebitnih scenarijih, ki jih bo ponudil dvoboj med robotoma. Nasmeškov in sproščenih klepetov na prizorišču tekmovanja ni bilo veliko. Je pa bilo zato nekoliko več sproščenosti začutiti v prostoru za druženje, kjer so tisti tekmovalci, ki so že izpadli, večinoma strmeli v svoje pametne telefone in prenosnike, nekaj pa se jih je sproščalo ob kartanju in igranju ročnega nogometa. So pa bili zato bolj živahni in sproščeni njihovi mentorji, ki so s ponosom spremljali svoje varovance na tokratno tekmovanje.

Vsako leto malce težja naloga 

Letošnja naloga je od udeležencev zahtevala izdelavo in programiranje avtonomnega mobilnega sistema, s katerim so se ekipe pomerile med sabo v vnaprej določenem izzivu. Študentje so izdelali avtonomna dirkalna vozila, ki so se nato pomerila na tekmovanju v krožnem dirkališču z ovirami za dezorientacijo vozila. Vozila so se morala oviram izogniti hitro in predvsem zanesljivo, tekmovanje pa je potekalo po principu izločilnih dvobojev, saj sta na isti progi hkrati tekmovali dve avtonomni vozili z začetkom na nasprotnih straneh dirkališča. Zmagala je tista ekipa, ki je ujela dirkalnik nasprotne ekipe. Dijaki pa so se s svojimi avtonomnimi vozili pomerili v izzivu razvrščanja barvnih objektov v zbiralnike po ujemajočih barvah objektov in zbiralnikov. Tudi tu je bila pomembna hitrost vozil, saj so bili določeni objekti skupni obema robotoma, ki sta se na izziv podala istočasno, dosegel pa jih je tisti, ki je bil hitrejši.

Za izdelavo avtonomnega mobilnega sistema so tekmovalci uporabili komplete Lego Mindstorms, a to je bila le osnova. Predvsem so morali uporabiti vse znanje avtomatike, senzorike ter vodenja avtonomnih mobilnih sistemov. Vse to znanje, ki ga deloma pridobijo tudi skozi igro, pa je uporabno pri načrtovanju, optimiranju in vodenju ostalih inteligentnih sistemov ter na številnih drugih interdisciplinarnih področjih.

Včasih so se pomerili v robotskem nogometu, danes bitka lego robotov

"Tekmovanje smo prvič organizirali leta 2013 z namenom, da bi pritegnili dijake in študente v svet avtomatike," pravi vodja Laboratorija za avtomatiko in kibernetiko (LAK) Igor Škrjanc. Še pred temi tekmovanji so se študentje fakultete zelo radi pomerili v robotskem nogometu, tako da ideja povezovanja igre, temovanja in učenja ni čisto nova. Na vprašanje, kako gleda na razvoj avtomatike in robotike, pravi, da je jasno, da brez avtomatike skorajda ni razvoja podjetij. "Danes je zelo pomembna beseda umetna inteligenca, ki vse to združuje. Brez tega danes visokotehnoloških podjetij praktično ne moremo imeti."

Je pa vključevanje igre in tekmovanja zelo dobra spodbuda za učenje. Kot pravi, je interes za tekmovanje iz leta v leto večji, pa dogodka niti ne oglašujejo na veliko. Vse to je spodbuda tako dijakom kot študentom, pa tudi njihovim mentorjem in ne nazadnje tudi fakulteti.

Mentorica zmagovalne ekipe: Včasih jih je treba poditi domov s krožka

Mentorica ekipe, ki je na Lego Matsers 2019 zastopala Gimnazijo Lava v Celju, Karmen Kotnik je nad takšnim tekmovanjem in spodbujanjem dijakov k udeležbi navdušena. "Dijaki imajo eno veliko motivacijo, da lahko na tekmovanju pokažejo, kaj so se uspeli naučiti in narediti med letom," pravi Kotnikova. Gimnazija Lava se tekmovanja udeležuje že več let zapored, tokrat pa je njihova ekipa Banananas pometla s konkurenco. Kot pravi Kotnikova, se dijaki nad kampleti Lego Mindstorms hitro navdušijo. Nekateri se krožku priključijo že v prvem letniku, spet drugi v višjih letnikih. Na vprašanje, ali gre pri nakupu kompletov za drago investicijo za neko srednjo šolo, Kotnikova odgovarja, da je en takšen komplet vreden več kot 400 evrov, zato jih šola postopno dokupuje, prav tako pa dijaki skrbno pazijo nanje. Kot pravi, je investicija, ki se povrne. "To dijaki res radi počnejo. Jih je treba kar poditi domov s krožka, tako zelo vneti so," pravi.

Proti koncu leta jih organizator tekmovanja obvesti, kakšna naloga je razpisana za tekmovanje. Vsako leto je drugačna in vsako leto morda za stopnjo zahtevnejša. "Takrat so dijaki že seznanjeni z osnovami programiraja, zato je čas, da se začnejo pripravljati za nalogo," pripoveduje Kotnikova. Dijaki sodelujejo v ekipi po dva ali trije, kjer je en vodja, ključno pa je dobro sodelovanje. Večinoma je to v domeni fantov, a letos so med 17 udeleženci z njihove šole kar štiri dekleta.

Kako je z zahtevnostjo nalog? "Letos je bila malce težja naloga kot prejšnja leta," pravi mentorica zmagovalne ekipe. "A se mi zdi, da kar gre. Morda imajo nekaj težav, ker senzorji ne razpoznajo dobro razlike med temno modro in črno barvo, kar jim lahko povzroča težave," pravi Kotnikova. Eden od dijakov, članov zmagovalne ekipe, je dejal, da pogosto na krožku vse brezhibno deluje, ko pridejo na tekmovanje, pa se zalomi. Najpogostejše težave so s senzorji, ki znajo tudi zatajiti. Zato pa pravijo, da je dostikrat odločilnega 60 odstotkov znanja, 40 odstotkov pa sreče. Tudi v avtomatizaciji in robotiki.

Dijake robotika in avtomatizacija zelo zanima, pravi Kotnikova, če pa je to povezano še z učenjem skozi igro, pa je to še toliko bolje. Temu pritrjuje tudi dijak 4. letnika Gimnazije Lava v Celju Gašper Pistotnik, ki se sicer tokrat ni uspel uvrstiti v polfinale s svojo ekipo. Kot je dejala njegova mentorica, sta imela s sotekmovalcem nekaj smole, kar se na tekmovanju rado zgodi. Tokrat sta bila na tekmovanju tretjič. "To je zame malo izziv in malo razvedrilo," pravi Gašper, ki ga sicer študij avtomatike ne zanima. "To je zame hobi. Se pa v okviru šole udeležujem tekmovanja v tujini RoboCop, kjer smo morali izdelati robota na platformi arduino, kjer pa ni nekih omejitev. Lani smo tekmovali v Kanadi. Na osnovnem tekmovanju smo bili med prvimi 30, na tekmovanju superteam, kjer sta po dve ekipi v tekmovalnem paru, pa smo posegli v sam vrh," pravi Gašper, ki bo študij nadaljeval na Fakulteti za računalništvo.

Dober način, da skozi zabavo pridemo do znanja avtomatizacije

Član študentske ekipe Plave lučke, ki je na koncu tekmovanja osvojila tretje mesto, Franci Ovčak je dejal, da se tekmovanja udeležuje prvič. "Letošnja naloga je bila zelo zahtevna. Pomembno je bilo, da si bil hiter, a še pomembneje, da si bil bolj stabilen. Robot mora na progi zaznati ovire, motilne nalepke in še prehiteti nasprotnega robota," o nalogi pravi Franci, ki je študent prvega letnika Fakultete za elektrotehniko. "Tekmovanje je zelo zanimivo. Skozi zabavo se učiš o programiranju, učiš se vodenja in sodelovanja v ekipi. Eden v naši skupini je bil glavni programer, dva pa sva mu bila v podporo s svojimi idejami. Več glav več ve," pravi Franci, ki se je tokrat prvič srečal s kompleti Lego Mindstorms. Na vprašanje, ali tudi on vidi prihodnost v robotiki in avtomatizaciji, pa odgovarja: "Seveda. Ampak je prihodnost predvsem človek robot kot pa sam robot. Če pogledamo, koliko stvari je moral narediti naš robot za en krog, kaj šele v proizvodnji, kjer je toliko bolj zahtevnejši proces, potem je jasno, da bo prav človek robot tisti, ki bi to najbolje naredil."

Končni rezultati tekmovanja

Zmagovalci med študenti so:

1.      !avtomatiki (Krištof Alič, Klemen Kotnik, Žiga Selan)

2.      RoboBears (Luka Nagode, David Merhar)

3.      Plave Lučke (Franci Ovčak, Krisjan Cuznar, Jan Vidic

4.      Cubes'n'Roses (Matej Oprešnik, Žan Besednjak)

Med dijaki so slavili:

1. Banananas, ŠC Celje, Gimnazija Lava, Matic Pesjak, Andraž Pevcin, Tadej Jeršič (Mentorja: Karmen Kotnik, Tomislav Viher)

2. GIMKO, Gimnazija in srednja šola Kočevje, Luka Pantar, Uroš Figar (Mentor: Tanja Masterl)

3. The MEHATRONIK ESCAPERS, ŠC Celje, Primož Petek, Lan Senica, Matevž Pečnik (Mentor: Matej Veber)

4. STRANGERJA, ŠC Celje, SŠ za kemijo, elektrotehniko in računalništvo, Andraž Špan, Rok Lešnik (Mentor: Marko Vrečko)

Na tekmovanju SCADA Mojstri so slavili:

1.      Močerad (Rok Podpečan, Ber Gradečak, David Bezgovšek)

2.      Paralelepiped (Aurora Makovac, Karin Marin, Gal Nadrag)

3.      SCAPRO (Franci Ovčak, Krisjan Cuznar, Jan Vidic

Čestitke vsem dijakom, študentom in njihovim mentorjem!