Виртуальной называют робототехнику в варианте, когда роботом - исполнителем является цифровой персонаж. Т.е. по сути это моделирование робота, его датчиков и механизмов и среды приложения его усилий. Степень достоверности и похожести зависит от того, какие задачи решают разработчики.
"Настоящие" закаленные робототехники часто относятся к виртуальному моделированию скептически, считая, что только пощупав руками и собрав конструктив можно по-настоящему прикоснутся к этому предмету. В чем-то они правы. Действительно, мы часто сталкивались с тем, что часть ребят, записавшись на робототехнику, затем уходили на соседние занятия - программирование, дизайн и т.д. И основной причиной называли то, что крутить гайки им не интересно, а вот программировать понравилось. Были и те, которым наоборот, очень нравилось собирать сложные конструкции, а вот программную часть они с удовольствием уступили бы другим.
Но в виртуальной робототехнике есть множество плюсов, особенно проявляющихся в условиях занятий с большими учебными группами, а именно это предстоит в рамках предмета технологии. К достоинствам виртуальной робототехники можно отнести:
1. Для занятий нужен только компьютерный класс, желательно с выходом в Интернет, но можно обойтись и без последнего. Т.е. организовать вход в робототехнику можно на минимуме МТБ.
2. При выполнении заданий ребята не испытывают проблем с соединениями электрических компонентов, с организацией связи с роботом и т.п. В варианте с реальным роботом все это более менее легко решается в малых группах на кружках, но даже там приходится постоянно подходить к новичкам и искать вариант устранения ошибок соединений. В варианте же класса, где отнюдь не все ученики горят желанием изучать робототехнику, количество вопросов и проблем при первоначальных сборках зашкаливает. В виртуальном варианте данные проблемы отсутствуют. Можно сосредоточится на компонентах робота и алгоритмах выполнения задач.
3. Возможность организации удаленных занятий. Как с учениками, пребывающими дома по показателям здоровья, так и в варианте, когда организовать очные занятия не представляется возможным.
4. В виртуальном варианте можно отрабатывать сложные алгоритмы поведения робота, затем перенося их на "реального". Да и в условиях класса можно иметь всего несколько настоящих роботов, а предварительную работу выполнять в виртуальной среде.
Понятно, что виртуальная робототехника все равно не позволит осуществить полноценное изучение робототехники, как только появится возможность и МТБ стоит использовать и настоящих сборных роботов, но и при такой возможности, вводную часть и ряд занятий в условиях предметной деятельности удобнее проводить в виртуальной среде.
Краткий обзор возможных вариантов
Возможно, меня упрекнут за краткий список, но все желающие могут порыться в сети и найти другие среды. Чаще всего в поиск попадут "взрослые" среды моделирования, мало пригодные для школы и разнообразные "детские" продукты с виртуальным исполнителем, на которых можно построить начальное обучение и на этом закончить.
Но нас интересуют, в первую очередь, виртуальные среды, обеспечивающие возможность изучения значительной части робототехники, применимые для учебных занятий и соревнований. Желательно, чтобы пользователь мог создавать собственные задания и полигоны для робота, варьировать датчики. Ну и очень хорошо, если рядом с виртуальной средой стоит реальный робот, к которому можно применить полученные навыки. И я бы выделил 2 среды, которые подходят по этим параметрам (но не утверждаю, что их всего две, ищите, мир меняется и появляются новые продукты).
Первый вариант - очень известная среда TRIK Studio
Ссылка на страницу разработчиков - https://trikset.com/products/trik-studio
Очень интересная среда, к разработке которой приложили руку и чемпионы России по робототехнике, заложив в нее все нужные для работы возможности.
В этой среде можно решать задачи как с помощью последовательности картинок, так и в варианте сложного текстового языка, а также можно комбинировать эти возможности. Помимо чисто виртуального исполнителя можно программировать роботов на основе контроллера Трик, роботов LEGO Mindsorms NXT 2.0 и EV3, а также квадрокоптеров Геоскан Пионер.
В целом реально интересная среда, хорошо поддержанная методически, с возможностью перехода от виртуальности к реальным роботам. Чуть позже сделаю отдельный материал с ссылками на лабораторные работы и курсы по данной среде. В нашей школе сейчас это основная среда в варианте виртуального программирования роботов на занятиях технологии.
Но ее стремительно вытесняет новый вариант - Кулибин
Кулибин - реально больше, чем виртуальная робототехника
Ссылка на страницу разработки - https://kulibin.app/
Признаюсь, когда год назад к нам на семинар заглянули разработчики, я довольно скептически отнесся к их увлекательным рассказам и демонстрациям. Просто многие уже пытались предложить свой продукт, но чаще всего рассказы и реальность жестко расходились в качестве.
Но все же попробовал.... Удивился. Влез поглубже. Бесплатный,отличный продукт. Много классных решений, которые напрашивались давно, но никто не реализовывал до Кулибина. Например - датчики на робота можно выбирать и устанавливать "как на реального", указывая, к каким портам контроллера их присоединить. И далее учитывать это в программе.
Еще из интересного - робот не ведет себя как точный виртуальный исполнитель, а имеет особенности, присущие реальным механизмам. Например - при попытке указать поворот на 90 градусов, робот повернется с небольшой ошибкой, как и реальный робот, в котором моторы редко прям таки синхронизированы на 100%, а датчики выдают точнейшие значения.
В общем, понравилось, сейчас активно использую среду на своих занятиях.
Добавлю, что можно создавать свои полигоны, что очень удобно и для учебных заданий и для соревнований внутри группы. Есть возможность участия в больших российских соревнованиях. Есть реальный робот Омегабот, образ которого используется в виртуальной среде. https://vk.com/omega.robot
Есть и поля для тренировочных заездов, в системе при регистрации можно пройти бесплатное обучение. Ну и начинает добавляться функционал второго исполнителя - квадрокоптера.
В общем рекомендую. В ближайшее время начну выкладывать видео с описанием приемов работы и возможных заданий в среде. Не все там с первого раза понятно, вот как раз и разберемся.
Да, про другие варианты тоже немного расскажу позже. Там есть и наши наработки. Конечно, не полноценные среды, но в варианте моделирования поведения робота в привычных средах Scratch, Snap4arduino тоже есть свои интересности.