Studenti FEL ČVUT dostali unikátní výukový nástroj

Koncept domácí laboratoře, se kterým v tomto oboru experimentuje jen několik špičkových univerzit na světě, vznikl v době lockdownu. V současné době katedra roboty nasazuje i do standardní semestrální výuky a chystá se otestovat jejich uplatnění napříč celým studijním programem Kybernetika a robotika.

Pandemii a s ní opakovaný návrat nucené sociální distance bylo možné vnímat jen jako problém nebo zároveň jako výzvu. Pedagogové z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické pražského ČVUT chtěli najít způsob, jak nahradit studentům robotické laboratoře, v nichž mohli za běžného stavu uvádět do praxe své teoretické znalosti nabyté v předmětu Automatické řízení. A tak začal vývoj domácí robotické laboratoře, která se dnes stává součástí standardní výuky.

Robotický set, který umožňuje studovat z domova

Výsledek musel splňovat dvě základní kritéria – být cenově dostupný a zároveň umožnovat aplikaci automatických řídicích systémů na několika úrovních. Od využití stavebnice Lego přešel tým na český Merkur, který umožňoval větší robustnost a přesnost. Výsledkem je druhý prototyp vozítka s kyvadlem, které je vybaveno dvojicí motorů, několika čidly a programovatelnou řídicí jednotkou Beaglebone. Na vývoji i montážích se podíleli učitelé i studenti vyšších ročníků. Celý projekt lze popsat jako kreativní proces, v němž si sami pedagogové testují možnosti, které nový přístup přináší.

„Problematika řídicích systémů je velmi specifická. V jejich praktickém uplatnění totiž nelze pracovat pouze s modely, protože chybí parametry, které přináší realita. Bylo nutné, aby si studenti vyzkoušeli v praxi, jak jejich kód ovlivní šum, menší či větší nepřesnost čidel nebo různá přilnavost, respektive tření jízdních povrchů,“ uvádí docent Tomáš Haniš z katedry řídicí techniky. „To, že robot ze stavebnice není úplně přesný a musí se pracovat s odchylkami, je nakonec výhoda. Studenti se díky tomu líp připraví na praxi, kde budou muset řešit reálné situace, ne teoretické problémy.“

Personalizovaná laboratoř pro každého studenta

Projekt domácí robotické laboratoře je stále ve vývoji, v současnosti se mu věnuje jeden student třetího ročníku v rámci své bakalářské práce. Učení pomocí robotického vozítka má úspěch mezi studenty i vyučujícími a uvažuje se o jeho širším zapojení napříč předměty programu Kybernetika a robotika. V současnosti se studenti zaměřují na návrh řídicího systému, v budoucnu by mohli také sami navrhovat konstrukci vhodnou k splnění daných úkolů.

Do běžné každodenní výuky přineslo řešení domácích laboratoří mnoho výhod. Studenti i nadále mohou pracovat v době, kdy chtějí, nestresuje je pevný slot v laboratořích, znají svého robota a můžou mu program psát na míru. Samotné semináře pak víc slouží k společným debatám a hledání řešení možných problémů. Zapojení domácí robotické laboratoře tak pokračuje v přístupu „převrácené výuky“ a animovaných YouTube přednášek, které na katedře už před několika lety zavedl docent Zdeněk Hurák.

Projekt si katedra dokázala financovat z peněz vydělaných smluvním výzkumem pro firmy. Cena materiálu na jednoho robota v základní verzi se pohybuje okolo 5000 Kč, a přestože je třeba počítat s určitými servisními náklady, studentům umožňuje provádět pokusy a měření na úrovni laboratorního zařízení v hodnotě stovek tisíc korun. Cílem je, aby měl svou domácí laboratoř k dispozici každý student předmětu.

Přístroj pro distanční výuku vyvinuli i na katedře měření

V roce 2020 výzkumníci z katedry měření FEL ČVUT vyvinuli přístroj, který v době koronavirových omezení umožnil praktickou výuku středoškoláků a vysokoškoláků z domova. Inovativní přístroj LEO (Little Embedded Oscilloscope) lze využít jako osciloskop, voltmetr, funkční generátor, stejnosměrný zdroj, generátor impulsů, čítač či logický analyzátor.