Говорят, собственный пример – это самое лучшее обучение для ребёнка. Рассказываю, как я проверил справедливость этого высказывания на себе, с нуля погрузился в робототехнику и в итоге у меня даже получилось сконструировать нечто стоящее. А ещё в процессе я поднаторел в вопросах экономии средств на покупке довольно дорогостоящих деталей для такого вида хобби.

Предыстория

До описываемых в статье событий я особенно не интересовался LEGO. В первую очередь, отталкивала цена, во вторую – ограничение по полёту мысли. Не нравилось, что из конкретного набора ты можешь собрать ровно то, что нарисовано на коробке. То ли дело прежние железные конструкторы: хочешь, карусель строй, хочешь – качели. Фантастика. Свои конструкторы, кстати, я сохранил до последнего винтика, ничего не растерял.  

Присутствуя однажды на провальном митинге (на 20 человек и без повестки встречи), листая Телеграм-каналы, глазом зацепился за пост о LEGO-фабрике. На секундочку, об автоматизированной LEGO-фабрике, строящей дом из огурцов! Это была самая настоящая сборочная линия, на вход которой подаются самые настоящие огурцы, зелёные, с пупырышками. Далее по конвейеру они поступают в огурцово-распилочный цех, где из них напиливаются будущие заготовки. Из получившихся таким образом строительных блоков в соседнем цехе вырезаются проёмы для дверей и окон, технологические выступы и после обработки транспортируются на склад. 

Огуречная избушка собирается специальным автоматическим манипулятором по заданному алгоритму, сборка скрепляется  зубочистками.

Это было настолько удивительно, что хотелось немедленно повторить. Правда, вдумчивый пересмотр видео с подсчётом стоимости используемых частей несколько охладил пыл. От идеи копирования фабричной линии я не отказался, просто отложил её в сторону и моментально забыл до момента, когда ... 

… моя шестилетняя дочь отложила в сторону свои многочисленные куклы, задумчиво поглядела на потолок, повернулась ко мне и произнесла: “Папа, мне скучно!”. Затем она скрестила свои ножки и стала медленно раскачиваться в кресле с видом Клеопатры, ожидающей, что Рим будет доставлен ей на дом в оригинальной упаковке. 

“Ну что ж, – сказал я, – мы начинаем собирать роботов. Папа знает, как роботов собирать”.

С чего всё начиналось

О современных робоконструкторах я не знал ничего. Я был абсолютно серьёзен и достаточно целеустремлён, чтобы отмести в сторону доводы жены об альтернативных занятиях – например, уроках игры на фортепьяно или рисования.

В тот день я открыл сайт маркетплейса, бегло изучил и отобрал понравившиеся предложения, сравнил выбранные конструкторы по количеству деталей, разнообразию моделей, которые из них можно собрать, возможностям расширения моделей датчиками и программируемой логике, цене, разумеется – и всё равно купил китайский Makerzoid.

Неожиданно в коробке оказался качественный аналог LEGO WeDo, в количестве 600+ разноцветных деталей и более 200 инструкций моделей, большая часть из которых оснащалась моторами и датчиками и управлялась по Bluetooth. Также производитель предоставлял программное обеспечение для графического программирования логики микроконтроллера и доступ к обучающим курсам.

Конструктор, что называется, "зашёл". В детском рейтинге (да что скрывать, и в моём тоже) первую строчку до сих пор держит большой кран с поворотной башней и движущейся стрелой на управлении со смартфона.

Много часов мы провели за сборкой-разборкой различных ездящих, шагающих и ползающих механизмов, пока в один день ...

... инструкции по сборке закончились, а тяга к конструированию – нет.

Я чувствовал, что потенциал конструктора не раскрыт до конца и уже готовился к непростому погружению в теорию и практику машиностроения. В воображении ребёнка я нисколько не сомневался, но фундаментальные основы сами себя не выучат

Гранит науки

Я опять вспомнил про LEGO, теперь уж точно настало время разобраться с этим инженерным чудом.

Компанией было разработано множество серий, но я отмечу лишь одну из них – инженерный LEGO Technic set, впервые выпущенный в 1977 году. Наборы состояли из модернизированных классических кирпичиков (technic bricks), шестерёнок, колёс, осей, втулок, фиксаторов  и множества других деталей, с помощью которых можно было собирать сложные функциональные узлы механизмов, приводящих в движение игрушечные автомобили, самолёты, мотоциклы и строительную технику.  

В 2000-х широкую популярность приобрёл набор LEGO MINDSTORMS EV3. Он поставлялся с большим количеством строительных деталей LEGO Technic и электронных компонентов, включающих моторы, датчики, микрокомпьютер EV3, инфракрасный маяк для дистанционного управления. Моторы большого или среднего размера приводили в движение колёса и прочие движущиеся части машин. Датчики собирали данные из окружающей среды, например, цвет поверхности или приблизительное расстояние до объекта. 

Эти энциклопедические факты пока нисколько меня не приближали к цели, я был несколько растерян и не представлял, с чего начать, но ... 

.. так случилось, что я оказался в Туле. Моему появлению в городе самоваров и пряников предшествовала череда странных событий, все они не настолько важны по сравнению с главным – я зашёл в тульскую библиотеку. Не спрашивайте. Разумеется, куда же ещё можно пойти в незнакомом городе.  Я только-только начал коротать время, когда глаз зацепился за корешок книжки со знакомым названием "LEGO".  Далее дело техники: с помощью милой библиотекарши и каталога мы нашли шесть или семь книг по данной тематике. Ушёл я только под вечер, обогащённый рукописными заметками, впечатлениями и ценными знаниями.

Зато теперь я могу смело порекомендовать вам к прочтению такие книги:

• Йошито Исогава и его книги идей LEGO (“Техника и изобретения”, “Машины и механизмы”):  автор доносит теорию через картинки, это не детальные инструкции, а изображения промежуточных и конечных этапов сборки узлов и механизмов. 

• Лоренс Валк "Большая книга MINDSTORM EV3":  пишет про основы конструирования и программирования, чёткая структура, всё по делу.

• Павел Кмец "THE UNOFFICIAL LEGO TECHNIC BUILDER’S GUIDE" – это моя настольная книга. Польский энтузиаст-сборщик, по сути евангелист конструктора. Есть ещё одна книга его авторства “Удивительный LEGO Technic. Автомобили, роботы и другие замечательные проекты!”, в которой он демонстрирует максимально точно собранные копии машин, включая их внутреннее устройство.

Это тот необходимый минимум, который отделяет сборщика № 5 на конвейерной линии от эксперта по робототехнике и машиностроения. Серьёзно: начните с Исогава – кажущаяся простота материала "в картинках" совершенно не означает, что думать не придётся. Думать придётся. Я до сих пор не собрал устойчивое шасси машинки, которое бы не разваливалось при наезде на препятствие.  

Кмец и Валк достаточно подробно описывают ассортимент и назначение LEGO parts, рассказывают о принципах сборки и почему следует собирать именно так, а не этак. Что произойдёт, если их всё-таки не послушать, предлагается выяснить самостоятельно.

Реалии рынка

Чем больше я знакомился с разнообразнейшим ассортиментом LEGO parts, тем больнее ощущалась скудность моей (“Не твоей, а моей!”, – дочка) коллекции деталей. Чудеса маркетинга не позволят вам купить конкретную деталь подвески или пневмосистемы без необходимости покупки большой коробки с моделью. 

Как избавиться от дефицита запчастей? 

Варианты на выбор:

1. Покрутиться среди коллекционеров LEGO

2. Купить б/у модели "с рук" с дисконтом

3. Закупать LEGO "на развес", килограммами (читал историю, когда один любитель разместил на ночь ордера на ebay-аукционах и все выиграл, в итоге ему домой привезли 2 тонны деталей).

4. Купить аналоги 

5. Изготовить аналоги в домашних условиях

Разумеется, у каждого способа есть плюсы и минусы. Например, кажущаяся простота клонирования деталек упирается в конкретные технологии. 

3D-принтер – наверняка вы подумали о нём в первую очередь. Мне пришлось потратить некоторое время на выяснение нюансов печати различными материалами, поразбираться с моделями принтеров на рынке, в целом прикинуть себестоимость печати одной детали. 

Более всего смущает точность готового изделия, с которой вы сами готовы мириться. Послойная печать PLA проигрывает по точности фотополимерам, но последние дороже. А  массовое производство может вылететь в копеечку. Тем не менее, вещь в хозяйстве полезная и скоро появится у нас дома.

Сама компания производит детали путём литья под давлением. В домашних условиях человек с интеллектом и прямыми руками может изготовить термопласт. Но вот хорошую пресс-форму на коленке не выточить. Опять же, если вы готовы мириться с нюансами  кустарного литья, то  форму можно изготовить из силикона. И вообще, обойтись без литья под давлением, тоже может получиться неплохо.

Другими словами, всё зависит от ваших потребностей. 

Я же не стал оригинальничать и просто провёл пару недель в увлекательном поиске объявлений по продаже LEGO на развес. Дети растут, игрушки начинают занимать место, родители начинают от игрушек избавляться.

Я очень быстро сориентировался по рыночной цене за 1 кг хорошего свежего оригинального конструктора, научился по фотографиям определять процентное соотношение серий LEGO у продавца и наличия в нём аналогов, умело торговался и, в целом, сделал некоторое имя на этой барахолке.   

В общей сложности мной были скуплены 20 кг оригинальных LEGO-частей, отсортированы, очищены от пластилина, отмыты, отобраны только нужные. Сейчас в моей коллекции более 3 тысяч деталей – этого вполне достаточно, чтобы сконструировать что-то получше простой машинки.

Из запоминающихся покупок:

• 7 кг оригинала от частного детского сада. Продавец сказал, что по закону вынужден обновлять игрушки каждый месяц, поэтому торговаться ему некогда и продаёт, не глядя. Тем не менее, фигурки и электронику он-таки изъял.

• Модель экскаватора без одной гусеницы. Отдавала одна мама из Красногорска почти даром. 

• Набор ценных колёс в сборе разных размеров – люди просто не знали, что отдают за бесценок.

Планы

Выше я много рассуждаю о механических деталях и почти ни слова не говорю об электронике. Так вот, это дорого в любом случае – брать ли новое, либо "с рук". 

Гораздо проще, как по мне, в своих проектах использовать гибрид LEGO и электронных компонентов сторонних производителей. Например, в качестве "мозгов" выбор падает на Arduino, STM, ESP32. Да и ассортимент всевозможных датчиков, сенсоров, периферийных устройств гораздо приятнее, чем предлагает LEGO. Но есть потенциальный минус – программирование логики требует знание языка программирования.   

Надо ли говорить, что я был вынужден погрузиться и в эту предметную область? 

С детства в части электротехники, электроники и радиолюбительстве у меня всё было плохо. Сплошные короткие замыкания и непонимание, почему ток течёт налево, а не направо.  Но что не сделаешь ради исполнения желаний.

Кстати, на эту тему был забавный случай в аэропорту.  На выходе из здания меня тормознули и попросили прокатить чемодан через рентген-аппарат. Именно в тот день чемодан был доверху забит всякой электронной утварью:  контроллеры, сенсоры, инструмент для пайки. Не спрашивайте о логистике, в моей жизни логистика чего-либо зачастую замысловата, в связи с чем имею печальные прецеденты. После рамки меня без малейшего промедления отвели в допросную комнату, где для суровых, но сопереживающих сотрудников органов пришлось пояснять назначение каждой детали. 

По "рассыпухе" (конденсаторы, резисторы, катушки) мы прошлись быстро, инструмент (два паяльника) также не вызвал особого удивления. Намного больше времени потратил на объяснение, зачем нужна миниатюрная камера, но идея поставить её на машинку на управлении и гонять котов по дворам им понравилась. А вот на осциллоскопе мы споткнулись. Принцип действия, внешний вид – всё вместе со стороны выглядело слишком подозрительно. 

Мой последний козырь – мол, всё для дочки везу, учимся собирать роботов – неожиданно был принят и я вышел из аэропорта с таким же полным чемоданом и с хорошим настроением.

Заключение

В уютном свете лампы под розовым абажуром сидела моя шестилетняя дочка и ждала. Я молча прошёл в комнату и поставил у рабочего стола чемодан электронных компонентов, 5 кг отборного LEGO, положил книгу юного инженера за авторством Т. Галатоновой и необходимые инструменты. Не то, чтобы всё это было категорически необходимо, но если уж собрался воспитать технаря, то к делу надо подходить серьёзно.  

Нет, не перевелись ещё чудеса на белом свете. Ведь вот одно лишь словечко о том, что ей чего-то хочется – и папа отважно уходит в исследование предметной области и возвращается со светом знаний, готовый обучать.  

— Папа, а где ты был? Я уже начала учиться игре на пианино.

С этими словами она убежала в другую комнату, откуда начали раздаваться звуки «Во поле берёзка».

— Мама, а почему два раза «люли»?

— А потому что с первого раза не понимают.

Не берусь утверждать, что превратил ребёнка из гуманитария в технаря, но как минимум, нам было нескучно.

Сам же за время, проведённое в изучении, я приобрел дополнительные полезные навыки “работы руками” и закрыл ряд технических пробелов в своем образовании. 

И самое главное: папа обещал собирать роботов – папа теперь собирает, обещание выполнил.  На очереди – сборка дрона с самописным полётным контроллером.