11 конструкторов, которые научат ребенка программировать и разовьют техническое мышление

1. Набор Makeblock Inventor Electronic Kit

Может показаться, что конструктор немного бедноват — в нем всего 13 деталей. Но каждый из компонентов — готовая плата с напаянными элементами: датчиками, микросхемами и прочими радиодеталями. А весь комплект рассчитан на то, чтобы ребенок подключал разные модули и проверял, как они работают вместе.

В наборе Arduino-совместимый контроллер Makeblock Orion и двенадцать подключаемых модулей: датчики звука, света, температуры, ультразвуковой для определения расстояния, инфракрасный, модуль Bluetooth, сегментный дисплей, серводвигатель, джойстик, светодиод и несколько других.

Из всего этого не собрать полноценного робота. Зато можно соединить несколько блоков и понять, как они взаимодействуют с материнской платой и между собой. В общем, Makeblock Inventor Electronic Kit — набор робототехники для тех, кто только-только начинает.

Контроллер программируется в графических платформах Scratch и Ardublock, причем это можно делать на смартфоне. Со смартфона же — через Bluetooth, — можно управлять и собранными конструкциями.

2. Набор Arduino Uno R3 Starter Kit

Набор выглядит богаче предыдущего, но стоит дешевле. Дело в том, что в предыдущем конструкторе были уже готовые модули, а здесь из готового только контроллер Arduino Uno. Все остальное — детали, которые надо монтировать самому.

Расширен ассортимент датчиков и модулей: есть несколько RFID-меток, датчик уровня воды в емкости, влажности, модуль часов реального времени, два цифровых табло, светодиодная матрица 8×8, клавиатура 4×4, пульт ДУ, кучка разноцветных светодиодов, резисторов, конденсаторов и проводов, большая макетная плата.

Из конструктора можно собрать разные автоматизированные схемы с нуля, постичь основы монтажа на макетной плате не из готовых модулей, а из отдельных деталей. И конечно же научиться программировать.

3. Набор Complete Ultimate Starter Kit for Arduino

Набор похож Arduino Uno R3 Starter Kit, но деталей побольше — как по числу, так и по разнообразию. Здесь двести с лишним компонентов, включая полторы сотни электронных деталей. В комплекте несколько экранов и моторов, четыре микросхемы, 20 светодиодов, 40 резисторов (плюс термисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды), более 80 разных проводов и коннекторов, клавиатура.

Все это скорее радиоконструктор, чем конструктор для создания роботов — датчиков и сенсоров не так много, как можно было бы ожидать. В отличие от предыдущего комплекта, здесь нет и ни одного RFID-устройства или датчика уровня воды. Есть лишь ультразвуковой датчик расстояния, акселерометр, инфракрасный датчик, датчик температуры и влажности, да парочка фоторезисторов.

Сердце набора — микроконтроллер, китайская копия Arduino Mega2560 R3. А если вам не хватит слотов расширения для подключения модулей, в комплекте есть совместимая плата (Shield в экосистеме Arduino) такого же размера и макетная плата на 830 отверстий.

Вместе с набором идет подробный PDF-мануал с тремя десятками разных проектов.

4. Робот-конструктор Makeblock mBot

Конструктор для начинающих, который позволяет создать пусть и одну модель, зато такую, на которой ребенок отработает навыки сборки, программирования и управления простейшими роботами. 

Комплект создан для восьмилетних и старше, но продавец уточняет, что «для уникальных детей можно и с шести». Дизайн, кстати, вполне детский: два ультразвуковых сенсора и вырез в раме создают впечатление, что робот улыбается — малышу точно понравится.

Процесс создания робота прост: последовательно собрать все детали, а потом запрограммировать. Это может быть сделано либо в системе визуального кодинга Scratch (в комплекте есть карточки-подсказки), либо через платформу Arduino IDE на языке С. 

Также, прямо из коробки, вы получите три бесплатных приложения, которые помогут освоить управление. Например, робот может ехать по произвольно нарисованной линии или уворачиваясь от препятствий.

5. Конструктор Thames&Kosmos Robotics Workshop

Набор позволяет создать 10 различных моделей роботов: стоящих, шагающих, ездящих и даже ползающих. Доступны робот-художник, роботизированная рука, ультразвуковая черепаха, робот-скорпион, стреляющий шариками и даже робот-дворецкий, открывающий двери.

Все модели используют ультразвуковой сенсор, световой датчик, датчик прикосновений, а также четыре двигателя разной мощности — по отдельности или все сразу. В отличие от похожих конструкторов, детали здесь пластмассовые — это может сказаться на долговечности моделей. С другой стороны, центральный блок (CB1 Core Controller) — закрыт со всех сторон, оставляя открытыми только интерфейсные разъемы. Повредить важные детали материнской платы намного сложнее, чем в моделях с открытой материнкой.

Роботов можно программировать (по USB или через WiFi) — из приложения CB1 Blockly на базе визуальной среды программирования Blockly от Google. Она работает в браузере и напоминает на Scratch. А точнее, Scratch использует библиотеки Blockly — поэтому обе среды и выглядят похожими.

6. Набор Keyestudio Smart Home Kit for Arduino

Этот конструктор покажет ребенку, как работает умный дом. После сборки у вас окажется небольшой фанерный домик, насыщенный элементами настоящего Smart Home. В наборе доступно 15 схем с разным уровнем автоматизации. К контроллеру можно подключить 1 из 10 датчиков или сразу несколько, размещая их на поверхности домика.

Например, если в темноте мимо домика проходит человек, инфракрасный датчик подает сигнал — домик вспыхивает светодиодной подсветкой. Дверь запирается на замок, открыть который можно, только введя правильный пароль. Датчик влажности и фоторезисторы распознают капли дождя и тогда окно само закрывается. Когда светит яркое солнце, окошко открывается. Датчик утечки газа сигнализирует об опасности, а датчик влажности почвы в вазоне напомнит, когда полить цветок.

В дополнение к этому набору рекомендуют приобрести солнечную электростанцию, которая поворачивает панель вслед за движением солнца.

7. Робот-танк Adeept RaspTank Smart Robot Kit

Набор позволяет собрать самоходного робота, похожего на колесный Makeblock mBot, только на гусеничном ходу. Модель оснащена рукой-манипулятором, которая может вращаться во всех направлениях, захватывать и удерживать предметы весом до 50 граммов. 

Грузоподъемность могла бы быть и выше, но металлических деталей в этом конструкторе немного. А остальные элементы акриловые, так что пяти сервоприводам просто не по силам перетаскивать тяжести. К примеру, спичечный коробок робот уберет с пути своего движения, а более громоздкие и тяжелые — сможет объехать. 

Несмотря на визуальную простоту, в комплекте довольно много крепежных элементов, но 73-страничный PDF-мануал не даст запутаться. У этой модели есть функции следования по линии и объезда препятствий, а камера на ходу передает картинку оператору. Кроме того, робот может опознавать объекты определенной формы или цвета и следовать за ними. «Вижу цель, не вижу препятствий», — слоган, который вполне может подойти гусеничному вездеходу Adeept RaspTank.

Модель совместима с Raspberry Pi, в комплекте его самого нет.  Есть лишь похожий на него модуль управления двигателем Motor HAT — не перепутайте. Так что для сборки модели вам понадобится одноплатник Raspberry модификаций 3В/3В+ или 4В.  Программируется робот на языке Python  — с помощью графической библиотеки Tkinter.

8. Программируемый робот SunFounder Dancing Sloth

Набор «два в одном». Один, из сотни деталей — собственно шагающий робот Sloth, который смахивает на Громозеку из мультфильма «Тайна третьей планеты». Второй — расширенный комплект конструктора Arduino. Каждый из наборов можно купить по отдельности, но если брать вместе — получите скидку 11%.

Робот оснащен контроллером SunFounder NanoBoard, аналогичным Arduino Nano, и платой расширения. В отличие от подобных, этот питается от 9-вольтовой батарейки. Во время сборки придется протестировать работу сервоприводов и ультразвукового локатора, а потом уже собрать всю модель. 

Машину можно программировать, используя Arduino IDE под Windows/Linux/OS X. На сайте есть примеры двух готовых программ: обход препятствий и танцы (робот очень забавно косолапит). 

Когда базовых возможностей робота вам покажется мало, самое время приступить к его тюнингу. В этом поможет вторая часть набора — конструктор SunFounder Project The Most Complete Electrnoics Starter Kit. Он похож на набор Complete Ultimate Starter Kit for Arduino от Ardest, описанный в начале статьи, но немного отличается комплектацией. 

Сердце набора — контроллер Arduino Mega2560 Rev3. Укомплектованный им и дополнительными модулями, робот сможет уходить из мест с повышенной влажностью, показывать скорость передвижения или время в пути (либо число шагов), пищать зуммером, включать светодиодную сигнализацию. Или, к примеру, распознавать объекты в поле зрения и делать другие интересные вещи.

9. Робот-улитка «умный домик» Stray Snail 4WD

Домик похож на Keyestudio Smart Home Kit for Arduino, но есть несколько отличий: он пластиковый, а не деревянный и сам передвигается на гусеницах. Ультразвуковой локатор сделан в виде головы улитки, из-за чего вся конструкция выглядит еще забавнее.

После сборки вы получите самоходный дом, размерами 28×17×19 см. Им можно управлять командами с пульта (через инфракрасный порт) или смартфона (через Bluetooth). Умная улитка на гусеницах способна обходить препятствия, двигаться вдоль линии, следовать за объектом или источником света, реагировать на дождь и солнце открыванием/закрыванием окошка, отображать информацию на дисплее и включать различные варианты подсветки на  светодиодном табло.

Контроллер — модификации Arduino Uno Rev3. В комплекте идет полная электронная инструкция и 40 опенсорсных программ. Модифицировать и создавать новые можно с помощью среды Arduino IDE.

10. Роботизированный танк-внедорожник  Yahboom G1

Конструктор позволяет сделать только одну модель. Но ваш танк будет многофунциональным и очень прочным. Производитель заявляет, что 2-миллиметровая алюминиевая рама способна выдержать нагрузку в 2 кг — машине можно добавить массу навесного оборудования.

Но даже в базовой комплектации возможности танка впечатляют. Во-первых, благодаря гусеницам с крепкими зацепами, он может подниматься на уклон до 60 градусов, объезжать препятствия и  следовать вдоль линии. Во-вторых, камера, которая вращается по осям на 180 градусов и передает видео в разрешении 480p. Робот способен распознавать QR-коды, цвета, объекты, лица и жесты — отличный помощник для игр в шпионов, причем с  динамической подсветкой.

Материнская плата на основе Raspberry Pi 4B, программируется на C++/Python через Jupyter Lab. А управляется вся эта мощь —  через приложения на Android или iOS.

11. Набор Lego Mindstorms EV3

Набор Lego Mindstorms — все, что только можно пожелать в мире конструкторов робототехники. В электронной документации вы найдете пошаговые планы создания 17 моделей различных роботов.

Комплект буквально напичкан датчиками, сенсорами, моторами и, конечно, простыми деталями: два больших сервомотора с шагом всего 1 градус и один средний, гироскоп, датчик света и освещенности, ультразвуковой датчик, два сенсора касания, инфракрасный датчик и инфракрасный маяк к нему. При этом, производитель маркирует набор возрастным ограничением 10+, то есть начиная с третьеклашек — они уже смогут собрать что-нибудь увлекательное. 

Программная платформа — собственная, Lego Mindstorms. Центр системы: контроллер и блок управления с ЖКИ-экраном 178×128 пикселей, который, среди прочего, показывает забавные глаза робота. Есть несколько портов для подключения датчиков, что позволяет создавать полноценных роботов, а также подключать его к компьютеру и программировать. Набор поддерживает  карточки памяти MicroSD, Bluetooth, а через USB — адаптер Wi-Fi. 

Естественно, при сборке роботов вы можете использовать обычные кирпичики Lego — вплоть до самых первых, выпущенных в 1947-м, а дополнительные сенсоры выпускают сторонние компании, например, MindSensors или Modern Robotics.

Lego Mindstorms — один из самых дорогих наборов для сборки роботов. Но возможности по созданию моделей «из коробки» огромны, а с дополнительной периферией и вовсе безграничны. К примеру, здоровенный робот CubeStormer III, побивший в 2014 году мировой рекорд по сборке кубика Рубика (3.253 сек), был собран как раз из набора Lego Mindstorms.