Вивчення технологій робототехніки та основ ІоТ пристроїв сприяють ефективному оволодінню широким спектром навичок з техніки і програмування, оскільки об'єднують різні способи діяльності при вирішенні конкретної задачі. Основним завданням гуртка «Робототехніки та основ кіберзахисту ІоТ пристроїв» є надання студентам уявлення про світ техніки, роботу і внутрішню структуру механізмів і машин, різного роду смарт-пристроїв зокрема: роботів та ІоТ-пристроїв. Піднімається питання безпеки ІоТ-пристроїв і роботизованих систем. Реалізація даного гуртка дозволяє стимулювати інтерес і допитливість, розвивати здібності до вирішення проблемних ситуацій вмінню досліджувати проблему, аналізувати наявні ресурси, висувати ідеї, планувати рішення і реалізовувати їх, розширити технічний і математичний словники студента. Крім цього, допомагає розвитку комунікативних навичок студентів за рахунок активної взаємодії один з одним в ході групової проектної діяльності.
Гурток розраховано на студентів освітніх установ, які вперше будуть знайомитися з робототехнікою, смарт-технологіями, ІоТ-пристроями, що побудовані на базі Arduino. Вибір Arduino в якості основної платформи для побудови роботів і ІоТ пристрої пояснюється тим, що на відміну від LEGO конструктора або інших систем, які збираються з блоків, використання Arduino відкриває більше можливостей, де можна використовувати практично все що є під руками.
Загальні відомості про гурток
Гурток робототехніки та основ кіберзахисту ІоТ пристроїв було створено за ініціативи викладачів циклової комісії програмування та інформаційних дисциплін і студентів-бакалаврів спеціальності інженерія програмного забезпечення ВСП «РФК НУБіП України» осінню 2018р.. Керівником наукового гуртка призначено викладача вищої категорії к.т.н. Кота В. В. Активними учасниками в роботі гуртка є студенти відділення програмування. Старостою гуртка обрано Самолюка Віталія. Засідання гуртка проводяться 2 рази на місяць, протягом року в аудиторії №34. Тематика засідань гуртка обиралася з міркувань забезпечення підвищення мотивації студентів до навчання, активізації їх творчої і дослідницької роботи.
Цілі і завдання гуртка
Мета роботи гуртка: підвищення обізнаності студентів в сфері інноваційних технологій на основі конструювання і програмування пристроїв Arduino, кіберзахист цих пристроїв, сприяння розвитку технічної творчості, розвиток інноваційної діяльності в освітніх установах.
Завдання роботи гуртка:
- Стимулювання мотивації студентів до отримання знань, допомага у формуванні творчої особистісті.
- Розвиток інтересу до техніки, конструювання, програмування, високих технологій.
- Розвитку конструкторських, інженерних та обчислювальних навичок.
- Формування вміння самостійно вирішувати технічні завдання в процесі конструювання моделей.
Очікувані результати від роботи гуртка
Основними результатами гурткової діяльності є розвиток багатогранної творчої особистості, яка здатна до вирішення проблемних ситуацій, вміє досліджувати проблему, аналізувати наявні ресурси, висувати ідеї, планувати рішення і реалізовувати їх. Робота гуртка організовується таким чином щоб формувати у їх членів наступні вміння та навички:
- самостійно і творчо реалізовувати власні задуми;
- підвищення свого освітнього рівня і рівня готовності до продовження навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій;
- навички взаємо - і самооцінки, навички рефлексії;
- сформованість уявлень про світ професій, пов'язаних з робототехнікою, і вимоги, які висуваються різними затребуваними професіями, такими як інженер-механік, конструктор, архітектор, програміст, інженер-конструктор з робототехніки;
- визначати, розрізняти і називати деталі конструктора;
- здатність реалізовувати моделі засобами обчислювальної техніки;
- конструювати за умовами, заданих викладачем, за зразком, за кресленням, за заданою схемою та самостійно будувати схему;
- володіти основами розробки алгоритмів і складання програм управління роботом;
- вміти проводити налагодження конструкції робота;
- орієнтуватися в своїй системі знань: відрізняти нове від уже відомого;
- переробляти отриману інформацію: робити висновки в результаті спільної роботи групи, порівнювати і групувати предмети та їх образи;
- вміти встановлювати взаємозв'язок знань з різних навчальних предметів для вирішення прикладних навчальних завдань з робототехніки;
- вміти працювати за запропонованими інструкціями;
- вміти викладати думки в чіткій логічній послідовності, відстоювати свою точку зору, аналізувати ситуацію і самостійно знаходити відповіді на питання шляхом логічних міркувань.
- визначати і формулювати мету діяльності на занятті з допомогою викладача;
- вміти працювати в парі і в колективі;
- вміти працювати над проектом в команді, ефективно розподіляти обов'язки.
План роботи гуртка на 2020-2022 рр.
Робота гуртка зводиться до опрацювання наступних тем:
Тема 1. Вступ. Основні поняття робототехніки. Поняття про інтернет-речі. Проблеми безпеки та конфіденційності.
Тема 2. Основи радіоелектроніки. Правила поведінки при роботі з мікросхемами. Поняття електричний струм, напругу, силу струму, закон Ома, знайомство з мультиметром.
Тема 3. Схема. Умовно - графічне зображення. Знайомство з радіоелементами та їх зображенням на схемі.
Тема 4. Принципова електрична схема. Складання принципової електричної схеми, монтаж і налагодження.
Тема 5. Електроприводи. Редуктори. Огляд приводів. Знайомство з основними видами електродвигунів. Способи передачі руху. Поняття про редуктори.
Тема 6. Непрограмовані роботи. Роботи на транзисторах. Знайомство з мікросхемою L293D, L298N і її можливостями.
Тема 7. Микроконтролер. Знайомство з мікроконтролером Arduino
Тема 8. Інтерфейс роботи з Arduino. Середовище розробки Arduino
Тема 9. Світло і звук. Підключення світлодіодів, семисегментний індикатора, дисплея і пьєзоелемента.
Тема 10. Управління. Підключення кнопок і джойстика.
Тема 11. Сервопривод. Вивчення сервоприводу. Підключення та програмування.
Тема 12. Датчики відстані. Знайомство з датчиками вимірювання відстані. З'єднання датчиків відстані й сервоприводів, поворот в певну сторону.
Тема 13. Датчики і модулі. Знайомство з датчиками температури, вологості. Підключення Wi-Fi і Bluetooth модулів.
Тема 14. Драйвер двигуна. Знайомство з драйвером двигуна.
Тема 15. Лінійна програма. Збірка простої моделі.
Тема 16. Програма з розгалуженням. Складання моделі, що рухається по лінії.
Тема 17. Розумний робот. Складання моделі з сервоприводом і ультразвуковим далекоміром, здатної об'їжджати перешкоди.
Тема 18. Пристрої розумного будинку. Поняття про розумний будинок. Створення моделі розумного будинку. Дослідження вразливих місць системи та можливих сценаріїв використання IoT зловмисниками, аналіз засобів їх усунення чи захисту для запобігання спричинення шкоди користувачам. Засоби та пристрої, що використовуються як IoT у відповідній системі. Аналіз можливих збитків у разі втрати контролю над пристроями IoT.
Тема 19. Розумні телевізори, DVR і інші розважальні системи. Дослідження вразливих місць системи та можливих сценаріїв використання IoT зловмисниками, аналізу засобів їх усунення чи захисту для запобігання спричинення шкоди користувачам.
Тема 20. Пристрої для забезпечення безпеки будинку і офісу. Створення простого IoT-пристрою «Охорона сигналізація». Огляд заводських розробок. Дослідження вразливих місць системи та можливих сценаріїв використання IoT зловмисниками, аналіз засобів їх усунення чи захисту для запобігання спричинення шкоди користувачам.
Тема 21. Підключенні до Інтернету автомобілі. Мета: Використання IoT в автомобілебудуванні. Огляд основних напрацювань в даній сфері. Створення пристрою для відслідковування швидкості автомобія і попередження водія про перевищення швидкості на даній ділянці, можливих заторах і тд.. Дослідження вразливих місць використання IoT в автомобілебудуванні.
Тема 22. Підключенні до Інтернету речей промислові установки і виробничі роботи. Побудова робота маніпулятора. Огляд підключених до Інтернету речей промислових установок і виробничих роботів. Дослідження вразливих місць системи та можливих сценаріїв використання IoT зловмисниками, аналіз засобів їх усунення чи захисту для запобігання спричинення шкоди користувачам.
Тема 23. RFID-мітки. Створення пристрою з відкритим доступом по RFID-мітці. Дослідження вразливих місць RFID-міток та можливих сценаріїв використання IoT зловмисниками, аналіз засобів їх усунення чи захисту для запобігання спричинення шкоди користувачам.
ЗВІТ про роботу гуртка "Робототехніки та основ кіберзахисту ІоТ пристроїв":
