Ставропольские ученые создадут виртуальные лаборатории для школ

Автором новации стал руководитель молодой компании, доцент кафедры прикладной математики и компьютерной безопасности СКФУ Владимир Антонов. Контролируют разработку кандидат технических наук Вячеслав Петренко и доктор физико-математических наук Фариза Тебуева.

- Во многих образовательных онлайн-сервисах уроки выполняются с помощью компьютерной мыши. Мы же руку оператора перенесли в виртуальную среду, - поясняет Владимир Антонов. - В фантастических фильмах нередко демонстрируют объемные изображения объектов, которые будто зависают в воздухе, и герой совершает с ними различные манипуляции. Здесь та же схема. У нас есть гаптическая перчатка, считывающая углы поворота при движении рук оператора, таким образом ребенок сможет выполнять любые действия с объектами в трехмерной среде, например переставлять колбу либо спиртовку.

Есть множество демонстрационных лабораторных работ по химии, однако для 99 процентов из них нужны приборы (трубки, штативы, пробирки) и реактивы. А это, в свою очередь, требует отдельного помещения с инженерными коммуникациями, наличия мест для хранения и приготовления химических препаратов, выстроенной системы закупок и утилизации. Также в штате необходим лаборант. Если финансирования достаточно, то все со временем можно организовать. Но зачастую средств учебным заведениям не хватает, и практические занятия проходят формально - школьники просто записывают не очень понятные формулы в тетради.

Как тогда сформировать исследовательский навык у ребят? Этим вопросом Антонов задался, когда пару лет назад случайно попал на урок химии в классе своей младшей сестры - учитель проводил эксперимент с реактивами самостоятельно, через неделю на другом занятии ситуация повторилась, только педагог просто включил видео.

- Внедрение интерактивных комплексов позволит компенсировать отсутствующий реквизит, расширит спектр возможных опытов, поможет изучить свойства золота, нефти, алмазов и других материалов, не указанных в обязательной школьной программе, - продолжает Антонов. - Технология будет полезна детям, находящимся на домашнем обучении. Они смогут подключаться к занятиям в классе и повторять все задания. Но, конечно, она ни в коем случае не должна исключать учителя, наоборот, программа должна помогать ему. В будущем систему можно интегрировать в уроки географии, физики, ОБЖ и другие.

Внедрение интерактивных комплексов позволит компенсировать отсутствующий реквизит, расширит спектр опытов

Проект получил грант Фонда содействия инновациям в размере двух миллионов рублей. На эти средства удалось провести исследования и собрать лабораторный образец гаптической перчатки. Устройство представляет собой совокупность программного обеспечения, 3D-камеры и непосредственно перчатки. От очков виртуальной реальности авторы отказались, потому что, согласно статистике, у 15 процентов людей они вызывают побочные реакции - головокружение и потерю ориентации в пространстве. Все действия с перчаткой проецируются на экран компьютера: датчики считывают положение кисти, объектив распознает нахождение оператора в пространстве, а виртуальная рука на мониторе повторяет движения ребенка в реальной жизни.

Свою технологию ученый назвал EduPie (Education Pie), или образовательный пирог, так как у нее снаружи простая оболочка, а внутри сложная начинка: к каждому пальцу крепятся инерциальные датчики, с помощью которых просчитывается ускорение пальцев в определенный момент, траектория их движения и углы поворота. Дальше расчеты введутся относительно кисти руки, куда крепится еще один датчик, а само положение кисти в пространстве определяется благодаря интеллектуальному распознаванию изображений с камеры. Всего ученым пришлось использовать четыре технологии, чтобы передать движение рук человека в виртуальной среде.

- Ранее мы разрабатывали систему копирующего управления для антропоморфного робота, когда человек надевает перчатку, шевелит рукой, а машина за ним все в точности повторяет, - рассказывает Владимир. - Но возникла проблема, скажем так, человеческого плана. Представьте, нужно взять гранулу и положить ее в пробирку. При сильном сжатии кристалл разрушится, при слабом хвате он выпадет. Чтобы упростить опыт, мы убрали из программы параметр разрушения вещества и ввели определенные коррективы: если человек соединил указательный и большой палец, значит, он захватил кристалл, развел - отпустил. По сути, сейчас нам надо решать проблемы взаимодействия человека с виртуальной средой.

Владимир Антонов признается, что для доведения технологии до промышленного образца требуются большие вложения - около 15 миллионов рублей. Эти средства нужны для реорганизации компании, привлечения специалистов в сфере виртуальной реальности. Сейчас на проекте работают два программиста, но для получения качественной графики, схожей с анимационными спецэффектами, нужна профессиональная команда. Также потребуется время для внедрения VR-технологии в образовательный процесс - на составление программной и конструкторской документации, разработку электрозащиты, проведение сертификации, обучение преподавателей, налаживание оперативной техподдержки сервиса.

Предварительно стоимость одного модуля, в зависимости от качества и функций, составит от 60 до 120 тысяч рублей. Сейчас их тестируют преподаватели нескольких школ Ставрополя, это позволяет исправлять возникающие ошибки. Вскоре благодаря еще одному гранту с интерактивным курсом ознакомятся студенты Северо-Кавказского федерального университета. После этого его представят детям - пожалуй, самой взыскательной аудитории. Ученые надеются, что, как только технология будет запатентована, оборудование смогут поставлять в школы в рамках образовательных нацпроектов. .

Тест прошли

В Екатеринбурге открыли виртуальную лабораторию Уральского государственного экономического университета. Новый программный продукт разработали специалисты департамента информационных технологий УрГЭУ. Он поможет студентам проводить исследования в оцифрованных лабораториях крупных промышленных производств Свердловской области. Комплекс оснащен новейшими компьютерами, VR-шлемами и контроллерами, имитирующими движение рук в виртуальном пространстве.

Программа позволяет создать компьютерную копию любого лабораторного комплекса в мире, чтобы студенты могли проводить изыскания, которые в реальности сложно организовать из-за их высокой стоимости. Руководство и преподаватели вуза первыми протестировали новую систему - определили жирность молочных продуктов.