¿Cómo podría ser un proyecto de estudio para estudiantes de IoT? ¿Qué puede realmente aprender un estudiante en un año si nunca antes ha encontrado este tema?
El primer año del programa Samsung IoT Academy terminó con la final de una competencia celebrada entre graduados en universidades piloto (MIPT y MIREA). Cada uno de los proyectos que llegaron a la final fue interesante a su manera, y a continuación les propongo conocerlos. Esto es esencialmente una demostración de la gama de posibles temas que pueden abordarse, en función del conocimiento adquirido en nuestro programa.
Acerca del concurso de la Academia IoT de Samsung
El 12 de julio, el evento por primera vez terminó el año académico de la Academia IoT Samsung, la final de la competencia del proyecto interuniversitario. Después de la primera mitad del año dedicado al estudio de casos de estudio, los participantes del curso en MIREA y MIPT hicieron sus prototipos de los dispositivos de Internet de las cosas durante todo el segundo semestre. Los estudiantes determinaron las ideas del proyecto a su discreción, los maestros actuaron como consultores.
Para las finales, seleccionamos los 10 mejores proyectos. Los participantes solo tenían 5 minutos para hablar. Puedes ver el video completo de lo que sucedió en YouTube:
Los proyectos fueron evaluados por un jurado compuesto por ingenieros especialistas y representantes de la comunidad académica y empresarial. El presidente del jurado es Stanislav Polonsky, jefe del Departamento de Investigación y Desarrollo Avanzado del Centro de Investigación Samsung, físico por educación, doctorado, ingeniero y científico: ha trabajado en los Estados Unidos durante más de 20 años, y sus intereses de investigación son increíblemente amplios, desde la química cuántica hasta la cibernética médica. Su humilde servidor era el secretario del jurado.
Las nominaciones para el concurso fueron las siguientes:
- Excelencia técnica
- Empresa y sociedad
- Ganador absoluto
- Elección del usuario
Los ganadores recibieron tales arandelas y premios de nuestra empresa.
El ganador de la universidad del año, que está determinado por la nominación "Ganador absoluto", recibió la copa. Además, la victoria estuvo del lado de MIREA en las nominaciones "Empresa y sociedad" y "Elección del usuario". Un estudiante de MIPT ganó la nominación "Excelencia técnica".
Resumen del proyecto
MotoGuard. Dmitry Faychuk, MIREA
Este proyecto por decisión unánime del jurado recibió el premio "Ganador absoluto". El autor del proyecto, Dmitry Faychuk, se graduó del tercer año en el Instituto de TI MIREA.
En nuestro país, los derechos de las categorías inferiores “A1” y “M” pueden emitirse a partir de los 16 años. Y muchos adolescentes sueñan con su ciclomotor o su scooter. Para los padres, esta es una fuente de experiencia, principalmente para la seguridad del niño. Dmitry decidió ayudar a resolver tales situaciones. La tarea de su dispositivo es rastrear la ubicación y proporcionar al padre información sobre eventos peligrosos, como frenado repentino, choque, caída, ir más allá de la zona permitida. El prototipo es una caja de cartón, dentro de la cual: la placa STM32 Nucleo L152RE (esta es una placa en un factor de forma compatible con Arduino, pero basada en el microcontrolador STM32 L1), módulos acelerómetro, rastreador GPS, sensor de vibración y comunicación GSM.
Vale la pena señalar que el proyecto de Dmitry es bastante complejo en su arquitectura: aquí hay una nube, una aplicación móvil y un programa autoescrito para un microcontrolador para el sistema operativo RIOT OS.
En la competencia, el jurado tenía una pregunta obvia: "¿Por qué no usar un teléfono inteligente moderno para resolver el problema, porque todos los sensores necesarios (acelerómetro, giroscopio, comunicación móvil) ya están en él?" Sin embargo, el autor señaló acertadamente que un dispositivo separado tiene varias ventajas: se puede montar en un casco o en un vehículo, no es extraíble, optimiza la potencia de la batería, lo hace apto para todo tipo de clima, etc.
Administración del sistema de cajas fuertes inteligentes. Vladislav Molodtsov, MIPT.
El proyecto fue reconocido como el mejor en la nominación "Excelencia técnica". Los jueces quedaron impresionados por el grado de implementación técnica del prototipo. Particularmente sorprendido por el hecho de que Vladislav fue el participante más joven en la ronda final de la competencia.
Sí, Vladislav Molodtsov es un estudiante de primer año, pero muchos estudiantes mayores carecen de tanta persistencia y trabajo duro. Hizo el prototipo de demostración más hermoso. Su caja fuerte se ve perfecta, como una real, si no sabes que es de madera.
¡Antes sabíamos que los estudiantes de FizTech tienen un enfoque exhaustivo y no buscan formas fáciles! Un hecho simple: incluso ensambló su propio pestillo electromecánico en un servo de la puerta, simplemente porque de lo contrario "no sería tan interesante".
Vladislav no pudo asistir en persona, por lo que la presentación se realizó a través de un enlace de videoLa caja fuerte tiene una pantalla LCD, un teclado matricial, indicadores LED que muestran el estado de la caja fuerte (abierta / cerrada), para lo cual se utilizó un interruptor de láminas y un imán. Hay un altavoz para activar la alarma en caso de piratería. Yo mismo conecté todos los periféricos, sin usar bibliotecas de terceros.
La interfaz gráfica para el programa es simple, pero comprensible. Muestra el estado de cada caja fuerte: abierta, cerrada, bloqueada, piratería.
Se supone que dicho sistema podría ser solicitado por hoteles, clubes deportivos y cualquier empresa donde los empleados tengan casilleros personales. El sistema no ha desarrollado completamente los problemas de seguridad, que, obviamente, deberían ser objeto de un mayor desarrollo del proyecto.
Un sistema para simular las condiciones climáticas y la hora del día en condiciones de noche polar. Polina Rozhitskaya, MIREA
Este proyecto recibió un premio en la nominación "Empresa y Sociedad". Esta nominación es indudablemente difícil para estudiantes y maestros que no tienen la experiencia necesaria en los negocios, y aún más en el emergente mercado de Internet de las cosas. La discusión del jurado fue tormentosa, pero al final, las opiniones del jurado coincidieron en que el proyecto Pauline tiene un potencial comercial real.
Quizás haya escuchado ese consejo: ¿no usa su teléfono inteligente antes de acostarse? La redacción no es del todo correcta, porque estamos hablando de los peligros de la luz fría "azul" de la pantalla del teléfono inteligente. Se sabe que dicha luz reduce la síntesis de melatonina en el cuerpo humano, que también se llama hormona del sueño. Es por eso que, por ejemplo, los teléfonos inteligentes Samsung tienen la opción de activar el filtro de luz azul en un horario.
¿Y si nos fijamos en el problema más amplio? Después de todo, también puede reconstruir la iluminación artificial a nuestro alrededor para que imite el curso natural del sol. La tarea es especialmente relevante para aquellas regiones de nuestro país donde las "noches blancas" son increíblemente hermosas, pero no es fácil quedarse dormido. ¡Y no solo! El espectro de iluminación puede afectar no solo el modo de reposo, sino también el nivel de rendimiento.
El proyecto de Polina propone crear una "sala de relajación" en la oficina, en la que una persona pueda retirarse y encender una iluminación que sea óptima desde el punto de vista de sus biorritmos. Y en el lugar de trabajo del empleado, durante el día, cambie la temperatura de color dinámicamente para no interrumpir nuestros biorritmos naturales. Sí, y teniendo en cuenta las características individuales: alondras, búhos ...
En general, este proyecto pertenece a la categoría de esas historias cuando la incapacidad de presentar el trabajo de uno puede conducir al fracaso. En la etapa de calificación de la competencia, era difícil adivinar por los materiales presentados que se implementó el control de iluminación automático. Había un formulario con "controles deslizantes" en el video, y la impresión era que era solo una trivial "bombilla inteligente". Y solo comentarios adicionales del gerente del proyecto nos permitieron estimar la cantidad de trabajo.
Más tarde, en la ronda final, se organizaron capacitaciones sobre habilidades de presentación. Los muchachos demostraron estas habilidades absolutamente necesarias en su desempeño y, creemos, las usarán en el futuro.
Monitoreo de carga. Alexander Filatov, MIREA
Este proyecto ganó el voto de simpatía de la audiencia. Hace mucho tiempo que conocemos a su autor: exactamente hace un año participó en el primer evento de la Academia IoT, la Escuela de Verano en Internet de las Cosas, que se celebró en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú.
Ahora Alexander ha introducido su sistema de "logística inteligente", que permitirá resolver las tareas de seguimiento y monitoreo de las condiciones de transporte de mercancías, recolectando datos sobre violaciones. Este sistema puede ser útil tanto para compañías de seguros como para transportistas. La implementación del proyecto es simple: recopilación remota de indicadores de sensor desde un rastreador conectado a una carga específica, análisis de estos indicadores en el servidor y su entrega al cliente en una forma conveniente. Se propone equipar el dispositivo IoT con los siguientes sensores: acelerómetro, humedad, vibración, inclinación, sensores de temperatura, así como un módulo GPS.
Las ventajas del proyecto incluyen la interfaz de usuario, el uso apropiado de Yandex.Maps API, una aplicación móvil, el cálculo competente del consumo de energía y el costo de los componentes del sistema.
El proyecto provocó un debate sobre varios temas importantes: ¿cómo garantizar la transferencia inalámbrica de datos si el dispositivo se encuentra junto con la carga dentro de un contenedor de metal? Una de las sugerencias del jurado fue desarrollar una estructura que esté unida no dentro sino fuera del contenedor. También se discutieron aspectos legales: ¿es posible usar el testimonio de dicho dispositivo en la corte, en caso de una disputa sobre responsabilidad por daños a la carga?
Debo admitir que mis simpatías estaban del lado de este proyecto y estoy muy contento de que la audiencia haya votado a favor.
Control remoto y monitoreo de un grupo de bombas industriales. Vyacheslav Starovoitov y Kirill Komarov, MIREA
El proyecto de estudiantes del Departamento de Automatización Industrial del Instituto de Tecnología de la Información MIREA. El problema que los estudiantes resolvieron es muy simple: hay varias aldeas alejadas del centro del distrito con una señal celular inestable. Para proporcionarles suministro de agua, se instalan torres de agua. El agua se bombea a ellos mediante estaciones de presión. Los controladores lógicos industriales (PLC) se utilizan para controlar estaciones de presión. Para controlar su trabajo, se requiere un operador.
En el proyecto, el control remoto de las bombas se implementó a través de una conexión inalámbrica al PLC. La principal dificultad de este tipo de proyecto es tratar con equipos e interfaces de terceros. Para esto, era necesario lidiar seriamente con la programación de bajo nivel para controlar el hardware.
Los chicos de la competencia presentaron un stand de demostración completo que consta de:
- Controlador lógico programable (PLC) Omron CJ1M
- Convertidor de frecuencia Omron VS mini J7
- Motor Siemens 1LA7050-2AA60
- Módulos de microcontroladores de dispositivos no cableados para control remoto de bombas, conectados a la estación base a través de LoRa
Todos podrían asegurarse de que el sistema bombee regularmente agua del recipiente a la botella.
Este equipo mostró una inclinación por el diseño industrial, haciendo lindos estuches multicolores en una impresora 3D. Colocaron los dispositivos finales del "Internet de las cosas" del kit de capacitación: módulos de microcontroladores con botones (para el control manual de la bomba), transistores (para cambiar la carga).
Starovoitov Vyacheslav ya ha demostrado en el hackathon de primavera en MIREA que es un talentoso diseñador de interfaces. Y esta vez, su diseño de la aplicación de control de la bomba parecía conciso y elegante:
Otros proyectos
Para mi artículo, he elegido, desde mi punto de vista, los proyectos más interesantes, "varias docenas más de trabajos de estudiantes que quedan atrás", entre los cuales se puede observar, por ejemplo:
- Baño inteligente. El proyecto se distinguió por una idea original y causó verdadero interés y entusiasmo no solo entre el jurado, sino también entre los invitados de la competencia. Probablemente porque la "casa de baños" es un tema que todos entienden. La esencia del proyecto era señalar el exceso de los umbrales permitidos en la habitación y monitorear el estado del visitante al baño: ¿se está moviendo o ya está inconsciente?
- Un indicador de ubicación del empleado para el jefe del departamento, hecho como un programa para el "reloj inteligente" Samsung Gear S3. Un proyecto educativo sólido con una gran cantidad de programación web de autoaprendizaje en JavaScript.
- El sistema de ventilación adaptable es una tarea práctica que proviene de la vida real y un prototipo de trabajo interesante, pero desafortunadamente la solución no se ha resuelto desde el punto de vista del sistema en su conjunto y consume mucha energía.
- “Tienda inteligente”: construcción de un camino ligero de un estante a otro, en función de la carga de trabajo actual de los departamentos y la política de marketing de la tienda.
- Sistema de monitoreo de carga en simuladores de bloque: agregue sensores a las partes móviles de los simuladores y cuente cuántas veces una persona hace el ejercicio.
- El modelo matemático para predecir la falla de un sensor de vibración en una fresadora es una tarea muy conocida en el mundo de IoT, que a menudo se resuelve utilizando métodos de aprendizaje automático. En Rusia, prácticamente no tenemos publicaciones sobre este tema, pero en el extranjero inmediatamente encontrará 20 piezas.
- Construcción de un mapa de yacimientos basado en datos de sensores ultrasónicos ubicados en pequeñas embarcaciones móviles. Rechazamos este proyecto debido a que los muchachos se enfocaron en resolver el problema dentro del marco del modelo de computadora, pero aún preferimos dispositivos reales.
Conclusión
¿Qué se puede decir al final del artículo?
Una amplia gama de enfoques y una variedad de proyectos hacen que el campo de Internet de las cosas sea extremadamente interesante. Históricamente, las ciencias de la computación y la ingeniería han sido un área de conocimiento: el mayor éxito lo obtuvieron personas que estaban igualmente bien versados en matemáticas y circuitos, como, por ejemplo, mi científico favorito Claude Shannon. Tal curso sintético en Internet de las cosas es una forma de superar las limitaciones de la especialización. Es por eso que este curso es especialmente valioso para mí y nuestros maestros: aquí todos pueden encontrar el límite de su conocimiento e intentar casarse con él.
Se notó el siguiente hecho: los proyectos de los estudiantes de cada universidad tenían su propia "cara" característica. Esta primavera, MIPT y MIREA aprobaron su curso adicional sobre microcontroladores. Y desde el lado fue interesante observar cómo Fizteh finalmente demostró el enfoque más cercano al hardware. Los chicos se movieron "de abajo hacia arriba", es decir, estudiaron el microcontrolador en términos de registros, difíciles y profundamente inmersos en el material. Y en MIREA, el estudio fue "de arriba a abajo", es decir, de trabajar en el sistema operativo en tiempo real RIOT en el microcontrolador para sumergirse "abajo".
En un hackathon por Internet de las cosas en MIPT esta primaveraComo resultado, esta diferencia se reflejó en la mayoría de los proyectos de los estudiantes: los graduados de nuestro programa en MIPT prestaron más atención al dispositivo final en el microcontrolador, logrando la máxima eficiencia y velocidad, mientras que los estudiantes de MIREA crearon sistemas de nivel superior, generalmente con una interfaz más conveniente, una aplicación móvil, parte del servidor.
Cada uno de los enfoques tiene derecho a existir, porque puede ser útil para trabajar como diferentes especialistas y para diferentes propósitos, ya sea la creación rápida de prototipos y la producción. En general, estamos satisfechos con el nivel técnico de trabajo, los chicos dominaron el programa del curso. En solo un año, se sumergieron en un tema completamente nuevo para ellos y obtuvieron el conocimiento que faltaba en su perfil. En MIREA, varios estudiantes dominaron tan bien el material y se interesaron en el tema que este año se ofrecieron como voluntarios para ayudar a los maestros.
Y finalmente, un resultado de encuesta agradable para el año académico:
Los proyectos presentados se caracterizaron por una elaboración insuficiente de los aspectos comerciales. Por ejemplo, algunos autores imaginaron muy vagamente quién podría ser un vendedor de este tipo de dispositivo y quién podría ser un comprador, cómo podría integrarse el dispositivo con las soluciones existentes en el mercado. Muchos carecían de la capacidad de presentar un proyecto.
Para ser justos, debe tenerse en cuenta que estos problemas sistémicos no son exclusivos de los proyectos a nivel de estudiantes; mis colegas se enfrentan a esto en su trabajo diario.
El último final de la competencia nos permitió ver los resultados del programa y, como prueba de fuego, mostró esos momentos en los que vale la pena trabajar. Nosotros, arremangándonos las mangas, los abordaremos en el próximo año escolar.
Con el comienzo del año escolar, camaradas!
Volkova Tatyana
Empleado de Samsung Research Center
El autor del proyecto curricular IoT Academy Samsung