Russian Robot Olympiad: как дети строят роботов и решают реальные инженерные проблемы

Детские игры, которые стали образованием

— Инициаторами международного соревнования World Robot Olympiad был сингапурский бизнесмен Тхэ Суй Пак и компания LEGO. А кто этим занимается в России?

— Робототехнических соревнований, в том числе в России, довольно много. Всероссийская робототехническая олимпиада Russian Robot Olymlpiad (RRO) проводится с 2004 года. Изначально инициатором выступала компания LEGO Education — это подразделение LEGO, занимающееся развитием образовательных программ на основе техпродуктов компании. У них такая стратегия: они делают хорошие и интересные конструкторы и показывают людям, как их можно применить в образовательном процессе.

Прототипом для Всемирной робототехнической олимпиады World Robot Olympiad (WRO) стал южнокорейский конкурс для школьников. Поначалу лишь несколько азиатских стран откликнулись на опыт Южной Кореи и проводили свои локальные состязания. Но после того, как идею поддержала LEGO, конкурс стал глобальным.

В России олимпиада появилась с первого сезона, когда она стала международной. И в 2018 году ВРО прошла уже в 15-й раз. С 2014 года национальным оператором WRO стал Университет Иннополис. В том же году олимпиада прошла в Казани, а с 2015 года она проводится в Иннополисе.

— Почему именно LEGO заинтересовалась робототехническими олимпиадами? Какова роль компании в состязаниях?

— LEGO — это международный партнер и титульный спонсор WRO. Большинство соревновательных категорий и заданий, которые есть на международном этапе, поддерживаются компанией и сделаны под ее программные решения. В частности, у LEGO для создания роботов есть хороший конструктор LEGO Mindstorms EV3, состоящий из конструкторных деталей и контроллера их собственного производства. Этот конструктор — хорошее, продуманное и законченное решение. Он позволяет быстро собрать робота, например, подвижную тележку. Если необходимы датчики, то они легко крепятся. У Mindstorms удобный интерфейс. Всем этим и славится LEGO. У всероссийского этапа олимпиады один из ключевых партнеров — LEGO Education Russia. Они поддерживают олимпиаду и призами, и медийно.

Но помимо LEGO-категорий, Университет Иннополис с 2015 года ввел свои собственные категории: летающие и подводные роботы, а также интеллектуальные автотранспортные системы. Еще две категории, которые мы делаем, вообще без ограничений на конструктивную базу. То есть их можно выполнять на любом робототехническом конструкторе. А это важно, чтобы показать нашим участникам альтернативы и другие задачи.

— А откуда у школьников эти конструкторы? Предоставляют спонсоры?

— По-разному. Университет Иннополис, например, не предоставляет, потому что у нас просто нет столько конструкторов. Олимпиада довольно массовая: на региональных этапах в общей сложности принимает участие около 10 тыс. человек. Мы просто не в состоянии обеспечить конструкторами всех.

Конструкторы покупают либо родители в качестве развивающего инструмента, либо кружки и робототехнические центры, которые закупают их для образовательного процесса. На них же дети и выступают на олимпиаде. Кроме того, нужен всего лишь один конструктор на команду.

— То есть опять все на родителях?

— Покупка конструктора — не очень большие финансовые затраты и не критичное бремя. Розничная цена набора LEGO на сегодня — порядка 30 тыс. рублей. Но это многофункциональная и долгоиграющая история. Ребенок будет играть в него много раз, развиваться. Не тот случай, когда один раз купил, попользовался, и потом снова нужен новый.

Робототехнике не нужны стандарты

— В России нет робототехники в школьных образовательных стандартах. Кто же преподает ее детям?

— Это правда, профессии преподавателя робототехники в России нет. Она только зарождается. И чаще всего ее преподают в системе дополнительного образования — в кружках при школах, центрах молодежного и детского творчества, на коммерческих курсах. Состав педагогов, соответственно, разнообразный. Часто встречаются люди, вообще далекие от программирования, но в то же время находятся учителя с серьезным инженерным опытом, в том числе индустриальным. Но такое разнообразие среди учителей в какой-то мере даже хорошо, потому что возникают разные подходы к решению одних и тех же задач.

Конечно, есть проблемы с кадровым обеспечением. Учителям не хватает материалов для собственного развития. Но Университет Иннополис старается им помогать: мы разрабатываем методические пособия, проводим курсы повышения квалификации для преподавателей. Важно повысить их уровень знаний, чтобы они потом пришли к детям и транслировали новую информацию.

— Но курсы по робототехнике — это вряд ли региональная история? Скорее, речь про мегаполисы?

— Да, в регионах дела обстоят по-разному. Крупные города, а вернее, благополучные, условно богатые регионы выглядят успешнее. Там робототехническое направление развито сильнее. В лидерах — Москва, Петербург, Татарстан, Новосибирская и Челябинская области, Екатеринбург, Нижний Новгород и Владивосток. Но у региональных и федеральных властей есть понимание, что робототехника — важный инструмент для начального инженерного образования и профориентации школьников. Именно поэтому робототехника — довольно популярное сегодня направление и много разных образовательных решений уже существует.

— Почему же тогда робототехника до сих пор не появилась в школах?

— Это сложный вопрос, потому что введение образовательных стандартов — длительный процесс. Уже долгое время идет дискуссия относительно предмета «Технология» в школе. То, что раньше, в моем детстве, называлось трудами. Там было выпиливание лобзиком и конструирование табуреток. Конечно, это тоже было круто. Но на новом технологическом витке ведется обсуждение, как робототехнику и вообще работу с высокотехнологичными инструментами — 3D-принтерами, продуктами для прототипирования — включить в образовательный стандарт. Но согласно тому же стандарту, предмет «Технология» занимает всего один час в неделю, и не понятно, как все современные технологии туда вместить. Поэтому я думаю, что робототехника останется в сфере дополнительного образования. Конечно, можно и даже нужно давать в школе азы инженерных знаний. Но основное развитие останется за пределами программы. Кроме того, особенности робототехники не приспособлены под школу — занятия в командах, высокая роль тренера, необходимость индивидуального подхода к каждому — такое не может себе позволить пока ни одна школа.

— Не получится ли так: мы наконец-то введем стандарты, а программа будет уже устаревшей?

— Я бы так не говорил, потому что уже по факту, без стандартов, степень вовлеченности в робототехнику большая. И наличие таких массовых мероприятий, как ВРО, вовлекает школьников в инженерное творчество. А уровень знаний и мастерства они показывают высокий. В прошлом году в финале международного этапа олимпиады WRO в Коста-Рике сборная Россия завоевала треть от всех возможных наград. Из восьми категорий — пять золотых медалей, а всего было восемь медалей. Это хороший показатель того, что в России развивается робототехника.

Но есть над чем и работать. Россия — большая страна. И очень разнообразные ситуации в отдельно взятых городах, регионах. Где-то робототехника присутствует чуть ли не в каждой школе или наоборот — лишь точечно. Но процесс идет и без стандартов. И говорить, что мы отстали или отстанем, я бы не стал.

Дети, решающие глобальные проблемы

— Откуда ребенок узнает о робототехнике? Его должны заинтересовать родители или учителя?

— Самый массовый сегмент в робототехнике — это младшие классы школы: третьи—пятые. На этом уровне происходит первичный интерес к роботам и всему, что с ними связано. Ключевая роль отводится родителям, которые понимают: робототехника — отличный инструмент для развития пространственного мышления, получения первичных навыков в программировании и математике. Именно родители ищут разные варианты, как ребенок может развиваться в этом направлении. В конечном итоге он может пройти образовательную лестницу и в старших классах уже заниматься относительно серьезными и сложными робототехническими задачами. А затем — поступить в специализированный вуз.

— Всего на ВРО 14 категорий, включая основную, продвинутую, футбол роботов и творческую. Какая из них самая популярная у школьников?

— Самая популярная и традиционная категория состязаний на олимпиаде — это основная. Она в свою очередь делится на три возрастные категории: младшая, средняя и старшая. Так вот самое большое количество команд по всей стране — именно в младшей категории. Это дети 9–12 лет, и именно они активно интересуются созданием роботов, решением интересных задач.

Сегодня все коммерческое образование в робототехнике работает именно на этом возрастном сегменте, когда родители пытаются вовлечь ребят в совершенно разные активности. А робототехника находится в обязательном списке многих родителей, чтобы их ребенок хотя бы попробовал что это такое. Чтобы ребенок почувствовал — его или нет.

— Но детские увлечения еще не означают, что робототехника станет делом жизни?

— Конечно, потом задачи усложняются. Кто-то отсеивается. У некоторых падает мотивация, появляются новые увлечения. Это нормальный процесс поиска своего дела. И чем старше, тем меньше ребят остается в образовательной робототехнике.

— Как происходит оценка роботов, сконструированных участниками олимпиады?

— В олимпиаде есть два больших блока соревновательных регламентов. Первый — спортивная робототехника. В него входят объективные критерии: скорость, как быстро и чисто робот выполнил задачу, правильно ли он выбрал объект и за какое время это сделал. По каждому критерию команда получает определенное количество баллов. Второй — творческий, где участники решают серьезные проблемы. Например, в этом году темой олимпиады была программа ООН «Устойчивое развитие в области продуктов питания» — Food matters, или «Еда имеет значение». Из целей этой программы мы выбрали четыре проблемы: борьба с голодом, ответственное земледелие, повышение качества логистики пищевых продуктов и продуктовая безопасность. Ребята придумывали робототехнические продукты для решения этих проблем.

Проекты оценивают несколько судей. У них есть свой инструментарий критериев — технические решения, алгоритмы, идея и стиль презентации. Экспертами выступают люди из индустрии, педагоги и работники университетов.

Непосредственно перед олимпиадой мы запускаем дистанционную программу, где рассказываем судьям все регламенты: как начислять баллы, за что штрафовать. Программа длится несколько месяцев, после чего судьи получают сертификаты. Только тогда они имеют право судить участников на Всероссийской робототехнической олимпиаде.

Зачем нужна олимпиада по робототехнике

— Что дает школьникам участие и победа в ВРО?

— Помимо того, что это серьезный и образовательный инструмент, победа в олимпиаде, конечно, дает удовлетворение и призы. Но и некоторые преференции при поступлении к нам — в Университет Иннополис. К сожалению, сегодня олимпиада не дает никаких поблажек при поступлении в другие вузы, но мы над этой задачей работаем. Главная трудность заключается в том, что Всероссийская олимпиада по робототехнике — командная, и она очень сильно отличается от традиционных олимпиад для школьников, которые проходят под эгидой Министерства просвещения. На обычных олимпиадах ребята решают одинаковые задачи по всей стране. И если они победили во Всероссийской олимпиаде школьников, то могут потом поступить без экзаменов в любой вуз. Мы хотим, чтобы и у нашей олимпиады были те же преференции. Но пока есть неразрешимые сложности.

— И в чем главные трудности? Минпросвещения не признает результаты ВРО?

— Есть такая система — Российский союз олимпиад школьников. И он закрепляет определенные требования к проводимым соревнованиям. Раз эти олимпиады дают преференции, то вузы должны понимать — победители действительно обладают знаниями, необходимыми для поступления. Прежде всего, серьезная работа проходит на уровне экспертиз олимпиадных задач. Еще один из ключевых моментов — оценка роли каждого участника в победе команды. Кроме того, календарь робототехнических состязаний рассинхронизирован с российскими реалиями. ВРО (RRO) — это часть международного соревнования, а там сезон под наши графики и распорядки не заточен. И адаптировать его пока непросто. Именно поэтому Университет Иннополис курирует еще и профиль по робототехнике Олимпиады Национальной технологической инициативы. Это большое инженерное соревнование по ряду направлений специальностей. Победа в этой олимпиаде дает преференции при поступлении в вуз. Мы соблюдаем там формальные требования, чтобы у ребят, которые интересуются уже серьезной робототехникой, был шанс поступить на особых условиях.

— Зачем вообще нужны технические олимпиады для школьников, помимо уже существующих — по математике, физике, химии?

— Олимпиады — важная сфера в образовательном процессе. Формулирование олимпиадных задач позволяет продемонстрировать образовательную планку — что нужно уметь, чтобы решать эти задачи.

Мы вкладываем в задачи для ВРО наше понимание развития индустриальной робототехники. Если мы говорим про дроны — то это интеллектуальное соревнование, в котором участникам нужно запрограммировать автономного дрона на перевозку посылки из одной точки в другую через некие препятствия. Для решения этой сложной задачи необходимы глубокие знания алгоритмического программирования и математического аппарата. Школьники на практике понимают, зачем нужна та абстрактная математика, которую они так долго изучают в школе. Не для решения «сферических в вакууме» задач, а совершенно конкретных индустриальных задач реального мира.

— То есть те задачи, которые решают инженеры?

— Да. Устройства, которые создают участники олимпиады, — дроны, передвигающиеся роботы, беспилотники — оснащены датчиками. Если мы их моделируем в виртуальной среде, то датчики ведут себя идеально, но в реальном мире сразу же начнутся отклонения. Окажется, что сеть Wi-Fi дает помеху сигналу, и этот сигнал придется как-то вычленять, что идеальных проводов не бывает, все моторы в реальной жизни ведут себя по-разному, когда на них приходит один и тот же сигнал. В реальном мире происходит именно так, а не как в лабораторных условиях. И участники ВРО на достаточно раннем этапе пробуют решать реальные задачи физического мира. Отчасти робототехника этим и ценна — она сталкивает ребят с артефактами, которые при спортивном программировании, например, внедрить сложно.

Инженер с такими вещами сталкивается ежедневно. Он живет в этой системе координат. А образовательные подходы иногда для упрощения и лучшего понимания всех процессов моделируют только идеальные условия. Чем раньше человек в своей жизни столкнется с реальными ограничениями, тем будет больше простор его фантазии, как эти ограничения обойти.

«В России нет никаких ограничений»

— Каковы успехи российских робототехников из школ и университетов в мире? Как изменилась картина за последние пять лет?

— Нужно разделять робототехнику на образовательную и «взрослую». Образовательная робототехника — инструмент применения знаний на практических задачах. А реальные робототехнические вызовы сильно отличаются от нее. Там уже нужны углубленные знания математики, физики. И в этом определенная проблема — когда победитель олимпиады приходит в вуз, в робототехническую лабораторию, он вдруг резко осознает, что эта не та робототехника, в которой он был победителем. Поэтому мы формулируем задачи, приближенные к реальным — дроны, подводные устройства. И даже продвигаем эти категории на международную олимпиаду, чтобы потом наши участники приходили в вузы и решали задачи более серьезного уровня, развивали робототехнику как мы ее понимаем. Это программирование интеллектуальных устройств, которые повышают качество жизни и решают фундаментальные и глобальные проблемы.

В образовательной робототехнике успехи налицо — те же победы на международном уровне. Россия во всех ключевых всемирных соревнованиях выступает на приличном уровне. «Взрослая» робототехника развита не сказать что очень сильно. Степень роботизации на производстве далека от идеала и потребностей. Хочется, чтобы достижения образования привели к успехам во «взрослой» робототехнике. Наша задача — сближение этих отдельных «вселенных» и формирование понятного карьерного пути — олимпиада, специализированный вуз и решение задач, лежащих в плоскости открытий.

— Какие направления в робототехнике сейчас ключевые?

— В первую очередь это логистика. В этой сфере все процессы хорошо роботизируются, в ближайшем будущем там явно произойдет технологический прорыв. Во-вторых, беспилотный и интеллектуальный транспорт. В-третьих, бытовое применение роботов — те же самые роботы-пылесосы, которые уже перестали быть фантастикой. Не стоит забывать и о нейроинтерфейсах. Все существующие сейчас перед человечеством вызовы — изменение окружающей среды, исследования космоса, взаимоотношений между людьми — лежат в области интеллектуальной робототехники.

— А что насчет России? Как развивается робототехника у нас?

— В России нет никаких ограничений. Чем хороша ИТ-область, она не завязана на географии. Конечно, нам нужна хорошая материально-элементная база и государственная поддержка. Но сейчас робототехнике уже начали уделять внимание на самом высоком уровне. Недавно в Университете Иннополис открылся Национальный центр робототехники и мехатроники, который будет развивать среду робототехники по всей стране и задавать вектор, позволяющий приблизиться к прорывным решениям в той или иной сфере. Сейчас идет напряженная интеллектуальная гонка и в ближайшее время нас ожидает качественный скачок. Не сомневаюсь, что многие интересные решения будут сделаны инженерами из России.

— Дмитрий Песков из Агентства стратегических инициатив в интервью «Хайтеку» заявил, что в России катастрофический дефицит ИТ-кадров, и ликвидировать его не удастся даже за 10–15 лет. Что вы об этом думаете?

— Дефицит кадров — государственная проблема относительного того, что степень необходимых человеческих ресурсов в ИТ-сфере сейчас находится на критическом уровне. Нужно больше специалистов. В наших силах популяризировать ИТ-направление и профориентировать ребят в раннем возрасте, чтобы они опирались не только на уровень заработка в будущей профессии, но и осознанно выбирали для себя ИТ-специальности: программисты, робототехники, инженеры. Университет Иннополис как раз и проводит ВРО , чтобы поучаствовать в решении этой проблемы.

— Победители ВРО — будущие инженеры в России или все-таки речь идет о зарубежном трудоустройстве?

— Это достаточно индивидуально. Все предпосылки, чтобы победители олимпиады развивались именно в России, есть: и вузы, дающие актуальное образование, и компании для трудоустройства, и возможность для реализации инженерных талантов, создания стартапов. По возможностям Россия совершенно не отстает от западных стран. Люди, обладающие компетенциями, успешны в том числе и в финансовом плане. С другой стороны, отток людей за рубеж всегда существовал и будет. В научном мире это называют академической мобильностью. И это тоже, кстати, важно. Важно ездить за рубеж, изучать применяемые там технологии и подходы, это очень сильно обогащает знания и образовательную среду. Поэтому создаются программы по обмену, стажировки. Новые идеи появляются, когда ты находишься в информационном поле. Для инженера это тоже важно.

— Массовая культура активно популяризирует роботов — фильмы, книги, игры. Насколько сильно это влияет на детей? Не дает ли им это излишних иллюзий насчет развития робототехники?

— Все начинается с мечты. Когда в голове есть понимание того, что ты хочешь сделать, пускай неясное и плохо сформулированное, ты прикладываешь все усилия, чтобы прийти к этой мечте. А влияние массовой культуры — история с положительной обратной связью. Чем больше роботов в жизни, тем больше это становится востребовано и понятно людям, тем сильнее это находит отклик в массовой культуре. Популяризация через фильмы, игры, книги сказывается на вовлечении ребят, первичной активации знаний в этом направлении, на их понимании, как превратить роботов из научной фантастики в реальность. Такие вещи нужны, и хорошо, что они есть.