Создание экспериментальной модели робота-эколога для мониторинга лесов

Актуальность

Лес является не только частью глобальной биосферы, но и отдельной экологической системой, в которую входят как живые организмы, так и неживая составляющая (вода, воздух, почва).

Роботы уже сейчас широко используются в изучении природы. В особенности – космоса, так как в космическом пространстве человек не способен проводить исследования самостоятельно из-за удалённости объектов и непригодных для человека условий. Менее развито использование роботов для изучения поверхности Земли, однако наиболее популярно исследование океана, океанического и морского дна, а также пещер. На сегодняшний день имеется недостаточно большое количество разработок, которые использовались бы в изучении лесных территорий и отслеживании их состояния.

В рамках данного проекта было предложено использование роботов для экологического мониторинга лесов.

Цель

Узнать, как мониторинг состояния лесов с помощью роботов может помочь в отслеживании экологической ситуации на планете, обосновать необходимость использования роботов, разработать и собрать экспериментальную модель робота-эколога.

Задачи

1. Изучить роль лесов в глобальной экосистеме.
2. Проанализировать информацию о методах исследования лесных экосистем.
3. Обосновать эффективность использования роботов в качестве лесных экологов.
4. Проанализировать и выбрать наиболее экономичный и эффективный вариант модели робота-исследователя.
5. Подобрать способы для создания экспериментальной или 3D-модели робота.
6. Выбрать подходящую модель из ныне существующих и изменить её в соответствии с целью проекта.
7. Осуществить сборку робота и оценить его действенность экспериментальным путём.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• ПК с установленным ПО (ROBOTC для VEX Robotics 4.x)
• Конструктор VEX EDR Набор Clawbot Kit
• Джойстик VEXnet
• Камера LensHD

Описание

Практическая работа состояла из четырёх этапов.

На первом этапе был собран материал для написания теоретической части проекта и определены основные функции робота. Автором изучались следующие темы: программирование на языке С, современные методы проведения экологического мониторинга на территории лесов, экологическая функция лесных территорий, использование роботов для исследования Земли и основы робототехники.

На втором этапе были выявлены перспективы проекта.

На третьем был выбран подходящий материал в соответствии с функциями робота и требованиями к модели. Робот должен был иметь небольшую массу, быть способным захватывать предметы с помощью манипулятора и работать в автономном или полуавтономном режиме, а также достаточно легко программироваться.

На четвёртом этапе осуществлена сборка робота и написана программа на ПО ROBOTC. С помощью специальных ключей и джойстика VEXnet нужно было опробовать дистанционное управление и изменить код в соответствии с найденными недостатками. После этого был проведён эксперимент в условиях парковой зоны, чтобы проверить эффективность робота экспериментальным путём. Робот спокойно передвигался по лужайке вместе с камерой, которая передавала изображение на ноутбук или телефон оператора.

Результаты работы/выводы

В ходе проекта была доказана гипотеза о том, что с помощью использования роботов в качестве экологов и исследователей леса человек сможет не только получать больше информации об окружающем мире более экономичным и безопасным для себя способом, но и подробнее узнавать о состоянии планеты.

Была создана и апробирована модель робота-эколога на основе конструктора VEX EDR и программного обеспечения ROBOTC.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется улучшить конструкцию робота, чтобы увеличить его возможности в преодолении препятствий (например, расширить корпус, чтобы повысить устойчивость), добавить роботу более сложные алгоритмы работы (вероятно, искусственного интеллекта), которые расширят его возможности в проведении исследований. Результаты могут быть использованы в качестве прототипа для создания рабочей модели робота-эколога, способной помочь исследовательским центрам и экологам в обследовании лесов.

Мнение автора

«Моя работа во многом помогла мне понять, что именно я хочу видеть в своей профессиональной деятельности и какие именно цели я преследую, учась в инженерном классе. Выбранная мной тема совмещает в себе два моих любимых направления — экологию и робототехнику. В процессе выполнения работы я узнала много нового в интересующих меня сферах.

Городской проект «Инженерный класс в московской школе» позволяет учащимся раскрыть свои таланты, попробовать себя в разных направлениях, таких как экспериментальная физика, робототехника, инженерная графика, 3D-печать и многое другое.

Спасибо организаторам открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» за интерес к представленным проектам, возможность услышать замечания экспертов и шанс попробовать себя в роли настоящего изобретателя, которому предстоит рассказать о своей идее публике»