[Beyond Robotics] Социоэкономические препятствия на пути к WRO

[Beyond Robotics] Социоэкономические препятствия на пути к WRO

«Наши соседи по демонстрационной кабинке, команда из Германии, увидев, как мы мучаемся обычной ножовкой отрезать лишнюю деталь от робота, предложили свою компактную электрическую шлифовальную машинку: считанные секунды — деталь отпилена. Каждой команде полезно было бы иметь такую машинку, но ее не найти даже в нашей достаточно хорошей школьной мастерской. Что говорить о ребятах на соревнованиях?» — вспоминает участник сборной Казахстана в World Robot Olympiad \(2018\) Ратмир Сартбаев.

Ставшая одним из крупнейших и престижных соревнований по робототехнике, World Robot Olympiad или Всемирная Олимпиада Роботов (WRO) стремится предоставить как можно большему числу молодых людей возможность развить свои творческие навыки через решение интересных инженерных задач. Ежегодно WRO привлекает участников, родителей и тренеров из более чем \(85\) стран и регионов, предоставляя общую учебную платформу для молодых энтузиастов, готовых строить впечатляющих роботов.

Однако не все молодые энтузиасты доезжают до финального этапа. И дело не только в локальном отборе национальных организаторов WRO: во многом участники сталкиваются с постоянно сопровождающими их социоэкономическими препятствиями, преодолеть которые не всегда по силам. В этой статье мы подробно разберем, какие экономические и социальные барьеры стоят на пути к WRO, сколько может стоить рассчитывающий на победу робот и откровенно расскажем, почему попасть на WRO — это сочетание не только упорства и знаний, но и больших привилегий.

Робототехника значит затраты?

Робот — это дорого? Сколько стоит собрать конкурентоспособного робота? Какие материалы для этого нужны?

Практически все участники WRO сталкиваются с проблемой большой стоимости материалов и оборудования для разработки сильного проекта. Как правило, самые затратные проекты приходятся на открытую категорию, когда как в основной категории и футболе роботов предполагается использование только деталей конструкторов Lego. В открытой же, напротив, используемые материалы ограничены лишь креативными и финансовыми возможностями разработчиков робота. Давайте вместе узнаем, сколько примерно стоит собрать робота для разных категорий.

Основные категории и футбол роботов разрешают использовать только стандартные наборы Lego — обычно это Lego Mindstorms EV\(3\). В Казахстане данный набор стоит по усредненной цене чуть более \(215\) тысяч тенге. Итак, \(215\) тысяч тенге летит в «корзину» для сборки робота. Это уже является достаточно большой, а порой и неподъемной суммой, особенно для ребят, чьи школы не спонсируют закупку этих наборов. Но огромным плюсом Lego Mindstorms EV\(3\) является их многоразовость: его детали можно использовать повторно и с одним набором участвовать в олимпиаде каждый год!

Роботы на основе LEGO Mindstorms EV3. Источник: Flickr

С открытой категорией все не так однозначно. Самые конкурентоспособные роботы нуждаются в деталях и материалах, отличных от стандартных Lego Mindstorms EV\(3\). Кроме того, зачастую эти детали «на один раз», так как на практике каждый проект требует предельно особенные, кастомизированные детали.

Так, исходя из многолетнего опыта создания роботов, наиболее расходным базовым материалом для строительства «скелета» робота показал себя алюминиевый уголок и алюминиевые профили различной формы. Этот материал обеспечивает достаточную прочность конструкции, не проигрывая в своей легкости — роботов на основе алюминия легко транспортировать. В Казахстане цена за такие уголки может варьироваться от \(1000\) до \(2000\) тенге за метр. На одного робота может уйти до нескольких десятков метров алюминиевых уголков. Таким образом, \(20\) тысяч тенге отправляется в корзину.

В современных проектах часто присутствуют детали, распечатанные на   \(3\)D-принтере, который дает огромную возможность проектировать разнообразные виды корпусов, соединения, небольшие механизмы и многое другое. Иметь \(3\)D-принтер и печатать на нем тоже требует определенных затрат на пластик: около \(7000\) тенге за килограмм филамента. А еще всё это сырье необходимо резать, соединять, точить, обрабатывать — для этого нужны как инструменты, так и расходные материалы: клей, сверла, паяльный флюс, олово, крепежи и так далее. Таким образом, более \(30\) тысяч тенге на филаменты и расходники отправляются в корзину «must-have».

После сборки корпуса робота необходимо этот «скелет» начинить «мышцами» и «мозгами» — механикой и электроникой: здесь все зависит от технической сложности проекта. Помимо уже стандартных для олимпиадных роботов плат и электроники Arduino (от \(12\) тысяч тенге за один набор), многих роботов оснащают более серьезным оборудованием; например, популярный мини-компьютер Raspberry Pi стоит от \(30\) тысяч тенге за одну лишь плату, а ведь к ней порой необходимы и другие приспособления: от датчиков и интерфейсов до небольшого экрана (все вместе — более \(50\) тысяч тенге). Если ваш робот подразумевает нахождение вдали от цивилизации, то его требуется снабдить источниками возобновляемой энергии — часто солнечной батареей (от \(4000\) тенге). Итого: \(100\) тысяч тенге уходят в «корзину» будущего робота.

Проект старшей открытой категории международного этапа WRO-2018 и его примерная стоимость
Проект старшей открытой категории международного этапа WRO-2019
Проект старшей открытой категории международного этапа WRO-2020 и его примерная стоимость

Важно понимать, что точно предсказать затраты при разработке проекта для открытой категории очень сложно. Поэтому участники должны быть готовы к тому, что финальная стоимость их робота может как превзойти, так и не достигнуть суммы в нашей «корзине». А проект старшей открытой категории вполне может стоить \(500\) тысяч тенге и не ограничиваться этим.

Роботу нужна мастерская? Какая должна быть мастерская для высококлассного робота?

Финансовые затраты на материалы не единственная экономическая проблема многих участников World Robot Olympiad. Робот для соревнований — сложное техническое устройство, для создания которого зачастую не подойдет обыкновенный набор инструментов, вроде тех, что есть у каждого дома. Особенно роботы открытой категории, отличающиеся своей комплексностью, крайне нуждаются в технически оснащенной мастерской.

Для разработки и конструирования робота требуется как минимум небольшая мастерская, в которой будут необходимые инструменты: отвертки, ножовка, дрель или шуруповерт, молоток, тиски, пассатижи, напильники, термоклеевой пистолет, канцелярский нож, \(3\)D-принтер, компьютер. Конечно, без чего-то из этого списка можно обойтись, но это вряд ли упростит, ускорит или удешевит разработку робота. Такая мастерская будет стоить примерно \(350\) тысяч тенге, хотя и этого порой бывает недостаточно.

Мастерская робототехники в НИШ Талдыкорган

Но необязательно же иметь только «обновки»! Реставрация, использование старых и создание самодельных инструментов может серьезно улучшить качество, скорость и удобство разработки робота для открытой категории WRO.

Отреставрированные Даниилом Филимоновым тиски, найденные на рынке.

Однако куда большее преимущество даст специализированная лаборатория-мастерская робототехники. В таких местах, помимо стандартных инструментов, можно встретить сразу несколько \(3)\D-принтеров, производительный компьютер для работы с \(3)\D-моделированием и нейронными сетями, различные ЧПУ-станки, хорошее освещение для работы с электроникой и высокие стандарты безопасности. Собрать такую мастерскую самостоятельно без спонсоров может стоить не один миллион тенге. Вряд ли существуют такие ребята, что держат такую профессиональную мастерскую у себя в гараже.

На данный момент подобными лабораториями робототехники обладают некоторые университеты и образовательные центры, частные и специализированные школы, а также те школы, где предусмотрены курсы или клубы робототехники. В некоторые из них желающие могут приходить и заниматься своим проектом, используя оборудование школы. Чтобы узнать, возможно ли использовать ресурсы того или иного учебного заведения, необходимо связаться с представителями этой школы, и в большинстве случаев вам не откажут. Также возможен вариант совместной разработки проекта с учениками или студентами, которые имеют доступ в эти лаборатории.

Похожая мастерская открыта абсолютно бесплатно для всех желающих в MakerSpace трех городов Казахстана: Алматы, Нур-Султан и Усть-Каменогорск.

В связи с карантинными ограничениями режим работы американских уголков и Makerspace может меняться. Важно заранее уточнить график работы через социальные сети или электронную почту.

Тем не менее бесплатная мастерская полностью не решает социоэкономическую проблему робототехников. Так, люди, проживающие в крупнейших городах Казахстана вроде Алматы и Нур-Султан, обладают большими привилегиями: бесплатными хорошо оснащенными мастерскими, большим количеством вариантов реализации своего проекта в различных клубах и школах, а также получением более качественных знаний, которые концентрируются в информационных потоках мегаполисов. Однако проект Makerspace и Makerspace Expands! стремятся изменить эту ситуацию, открывая новые мастерские в других городах республики и тем самым предоставляя заинтересованным детям и взрослым из регионов возможность заниматься робототехникой бесплатно.

Makerspace Алматы

Нехватка оборудования и материалов для робототехнических проектов, а также отсутствие финансовой поддержки участников являются проблемой и других стран-участниц WRO. Найти мастерскую, \(3\)D-принтер или необходимый материал по доступной цене — непосильная задача для многих ребят из стран Центральной Азии и Ближнего Востока.

«Я стал первым бангладешцем, представлявшим свою страну на International Robot Olympiad и World Robot Olympiad. Для нас одной из существенных трудностей было просто найти материалы и инструменты — в Бангладеше нет таких сервисов как Amazon или AliExpress. Поэтому с детства мы привыкли сами делать свои инструменты. Так, я самостоятельно собрал \(3\)D-принтер, чтобы принять участие в WRO. На самом соревновании я заметил большую разницу в дороговизне материалов и инструментов среди участников WRO из разных стран, — делится лидер крупнейшей команды робототехников из Бангладеша Khairul Islam. — К сожалению, разработку нашего проекта никто не финансировал — это обычная ситуация в Бангладеше для людей, занимающихся наукой. Билеты в Венгрию на финальный этап WRO-\(2019\) нам не оплачивали. Хотя, когда мы вернулись с WRO, администрация поздравила с победой. Но это все было уже после соревнований.»

С похожей ситуацией столкнулась член сборной Казахстана на WRO-\(2019\) Пак Элина. Школа, в которой обучалась Элина, не могла обеспечить финансирование ее поездки в Венгрию на финальный этап World Robot Olympiad. Но Элина не отчаялась. Ее научный руководитель обратился к представителю министерства образования и науки, рассказав больше об Элине — перспективном ученике, занявшим первое место на национальном этапе WRO и отобранным на международный.

Благодаря поддержке и настойчивости своего руководителя, а также содействию представителей министерства образования и науки Республики Казахстан, Элина смогла получить финансирование на перелет и проживание для себя и для своего сопровождающего: более одного миллиона тенге стоило участие на WRO в \(2019\) году. После олимпиады МОН РК организовало официальную выставку проектов участников, чтобы оценить проект по робототехнике Элины и других перспективных ребят области.

В Казахстане школы не могут предоставить полное и даже частичное финансирование поездки на WRO, будь то национальный или международный этап. В итоге многим ученикам приходится вставать перед выбором: либо искать финансирование самим, либо отказываться от участия. Тем не менее даже в такой ситуации нельзя оставлять попытки найти спонсора для своего проекта; часто ими могут оказаться частные лица, учебные заведения или даже представители правительственных структур.

Один из 3D-принтеров был куплен акимом Алматинской области по просьбе в письме от Даниила Филимонова – многократного победителя олимпиад по робототехнике. Второй 3D-принтер приобрел сам тренер национальной сборной Казахстана на WRO Авдюнин Николай Владимирович. 

Большая часть робототехников, которые отправляются на международный этап WRO, являются учениками Назарбаев Интеллектуальных школ — только они получают полное финансирование поездки от АОО «НИШ». Почему так происходит?

Для сравнения, все предметные олимпиады организуются «Республиканским научно-практическим центром Дарын» и спонсируются Министерством образования и науки Республики Казахстан. В Казахстане национальным организатором WRO по сей день выступает АОО «Назарбаев Интеллектуальные школы», а не министерство образования. Соответственно, АОО «НИШ» может предоставить полное финансирование только ученикам своей сети школ. В конечном счете это логично: автономная организация не имеет достаточно средств для поддержки робототехнического олимпиадного движения вне сети НИШ.

Хоть соревнований по робототехнике много, среди них именно WRO является одной из самых доступных. Однако Казахстан впервые принял участие в World Robot Olympiad лишь спустя \(10\) лет после запуска самой олимпиады в \(2004\) году. Так, несмотря на то, что только ученики НИШ могут получить полное финансирование, инициатива АОО «Назарбаев Интеллектуальных школы» начать организацию WRO в Казахстане дала большой старт образовательной робототехники во всей стране. Все больше и больше школьников загораются идеей найти себя в робототехнике, и с каждым годом их число будет только расти! Поэтому, чтобы случай Элины Пак больше не был исключением из правил, «Республиканский научно-практический центр Дарын» определенно должен поддерживать республиканские этапы WRO.

За последние 5 лет значительно возросло количество ребят, заинтересованных робототехникой: в 2019 году число участников на различных этапах WRO из общеобразовательных школ почти в 6 раз превысило участников из Назарбаев Интеллектуальных школ. Источник: NIS Robotics 

Робототехника — «не для всех»?

Почему важны наставники? Социоэкономический статус и «наука — это для меня»? Что случается с учеником «за бортом», чьи интересы не приняты сообществом?

Как и в других STEM областях, в робототехнике крайне важна роль наставника, тренера, учителя — человека, который не только обучает детей, как припаять провод к микроконтроллеру и найти нужную библиотеку данных, но и направляет их, вдохновляя изучать мир и оттачивать свои навыки.

Сегодня в Казахстане наблюдается острая нехватка высококвалифицированных тренеров по робототехнике: те, кто обладают достаточным опытом и знаниями обычно уже трудоустроены в специализированных и частных школах или образовательных центрах, оставаясь чрезмерно загруженными преподаванием. Если найти мастерскую или станок возможно, то наставника — куда сложнее, особенно за пределами Алматы и Нур-Султана.

Хотя обучаться робототехнике без тренера тяжело, но возможно: ученики могут обратиться к платным курсам в частных школах и центрах. Национальный организатор WRO в Казахстане АОО «Назарбаев Интеллектуальные школы» проводит тренинги как для учителей, так и для учеников; платные уроки предоставляет и частная школа по робототехнике Лига Роботов. Тем не менее важно понимать, что помимо экономической привилегии, у учеников, которым доступны эти курсы, появляется и неоспоримая социальная привилегия: знания проще найти, они уже структурированы, а самих учеников сопровождают в процессе обучения наставники центра. Так, доступность и постоянное погружение в культурный, социальный и научный капитал способствуют формированию у таких детей установки: «наука — это для меня».

Ученики с более высоким социоэкономическим статусом, как правило, обучаются в среде, где их интересы поддерживаются и поощряются. С большей вероятностью увлечение робототехникой будет восприниматься как либо нестандартное хобби, либо серьезная подготовка к будущей профессии, а самим ученикам не придется преодолевать ментальный барьер, что робототехника «не их дело». Оказаться в такой среде тоже привилегия. Не всем везет быть принятым своим сообществом, как итог — мотивация заниматься STEM испаряется.

В \(2019\)-ом году на летних каникулах я и моя одноклассница решили приобщиться к научно-исследовательской деятельности. По правде нам давно хотелось заниматься проектами, но конкуренция здесь очень пугала. Но все-таки мы решили попробовать. Еще в мае пришла идея направить проект на решение проблем людей с инвалидностью. В июне мы уже начали думать, как реализовать нехитрую аппаратно-программную систему на базе Arduino. Браться за такое серьёзное дело было немного страшно, так как научрука у нас не было, а энтузиазма обучать учеников летом у учителей тоже немного. Учиться всему пришлось самостоятельно, по крупицам собирать информацию из разных туториалов в одно целое.
Спустя два месяца поисков ментор все-таки нашелся, но на тот момент бóльшая часть работы была уже сделана. В целом, наш научрук помог лишь тем, что внес наши имена в базу администрации школы как “проектников”.
От администрации мы тоже особой поддержки не получили. Создавалось впечатление, что к нам относятся совершенно несерьёзно: на наши запросы воспользоваться школьным \(3\)D-принтером положительно так и не ответили, несмотря на ожидание в \(4\) месяц – в итоге с корпусом пришлось импровизировать. Десятки раз мы просили позволить нам оставаться после занятий в кабинете научрука, однако охрана выгоняла нас каждый вечер. Интересно, что нам разрешили оставаться только после того, как нас отобрали на следующий тур международного конкурса, и то, когда до поездки осталось лишь несколько недель.
Особенно хорошо мне запомнилось, как перед самой поездкой администрация внезапно заявила, что мы не поедем на конкурс, потому что проект показался им сырым. Нам было непонятно, почему мы должны были получить разрешение от администрации школы – поездка школой не финансировалась и к ней не имела никакого отношения. Да и мы ведь не готовились к конкурсу со строгой целью победить, а хотели получить опыт в презентации и обратную связь от квалифицированных людей. В итоге мы поехали на конкурс “без разрешения”. Когда пришло время получать грамоту за неожиданное призовое место, мы попросили не указывать в ней название школы.
Дискомфорту не было конца и по приезде домой: мы внезапно начали получать много пассивной агрессии от наших, казалось бы, “коллег”. Ребята, которые приветливо нам улыбались всего \(3-4\) месяца назад, вдруг начали грубить и язвить. Особенно ситуация усугубилась, когда мы решили работать в общей лаборатории в школе. Мы хотели начать новый проект и позвали туда одного из местных мальчиков-робототехников, но в ответ получили лишь насмешку из разряда “да вы же ничего толком не умеете”. Не знаю, повлияло ли на это то, что робототехникой в школе занимались только мальчики. Я хочу верить, что нет.

Такой историей поделилась ученица, чье увлечение робототехникой не поощрялось сообществом школы. В результате она и ее напарница оказались словно за «бортом»: без ресурсов, без поддержки и без наставников. В конце концов из-за социального давления героиня истории оставила занятие робототехникой и покинула проектное движение.

Английский – прямая необходимость? Английский язык и Всемирная Олимпиада роботов всегда вместе?

Другим социоэкономическим препятствием на пути к WRO является недостаточное среди участников и их тренеров знание английского языка. И хотя в школах Казахстана с \(2013\) года английский язык преподается с первого класса, а количество платных и бесплатных курсов, учебников и материалов по изучению английского языка ежегодно только прибавляется, проблема языкового барьера остаётся все той же. Так, в \(2020\) году в исследовании English Proficiency Index, Казахстан занял \(92\)-е место из \(100\), с уровнем владения "очень низкий". Минуточку, а как связан английский язык и Всемирная Олимпиада Роботов? Напрямую!

Одно дело — иметь отличные знания в области STEM и блестяще функционирующий сильный проект, другое — суметь донести информацию о нем членам жюри на англоязычном конкурсе. Допустим, можно выучить свою речь перед выступлением и произнести ее как мантру, но ведь судьи международного этапа WRO обращаются ко всем участникам на английском языке, задают вопросы, раскрывающие детали разработки робота, интересуются проектом и его будущим развитием. Кроме того, без знания английского участникам придется тяжело не только во время самой презентации, но и во время путешествия на WRO в другую страну, где скорее всего, единственным языком коммуникации будет именно английский.

Презентация проекта сборной Казахстана на WRO-2019 перед жюри конкурса

Получается, чтобы занять призовое место на World Robot Olympiad, необходимо вычеркнуть пункт языковой подготовки из своего плана: владение английский языком считается как нечто само собой разумеющиеся.

Как правило, для молодых робототехников английский язык становится прямой необходимостью задолго до поездки на WRO. Огромный объем полезной информации для самообучения и развития, будь то продвинутое \(3\)D-моделирование или создание нейронных сетей, можно найти именно на англоязычных ресурсах, и далеко не всегда встречается перевод такого рода материала на русский или казахский языки. А иметь доступ не только к профессиональным знаниям на английском, но к материалам по изучению этого языка такая же привилегия, основанная на социоэкономическом статусе и открывающая больше возможностей для обогащения научного и культурного капитала, развития технических навыков и установления нетворкинга.

Заключение

Соревновательная робототехника — тернистая дорога; моментами будет казаться, что здесь непросто, тяжело, а иногда даже невозможно. Многим молодым энтузиастам-робототехникам придется столкнуться с чередой социоэкономических трудностей: от небывало высоких затрат на сборку робота и поисков финансирования на олимпиаду, до разработки проекта без наставника и непринятия увлечений сообществом школы. Подготовка и участие на WRO словно задача с множеством переменных: никогда не знаешь, сойдется ли ответ. И хоть Всемирная Олимпиада Роботов — это большие привилегии еще на пути к ней, все же главнее другое — стремление и упорство, знания и навыки, и любовь к тому, что делаешь.

Фонд «Beyond Curriculum» публикует цикл материалов в рамках проекта «Beyond Robotics» при поддержке государственно-частного партнёрства «Шеврон» и Посольства США в Казахстане.