Como seria um projeto de estudo para estudantes da IoT? O que um aluno pode realmente aprender em um ano se nunca encontrou esse tópico antes?
O primeiro ano do programa Samsung IoT Academy terminou com a final de uma competição realizada entre graduados em universidades piloto (MIPT e MIREA). Cada um dos projetos que chegou às finais foi interessante à sua maneira, e abaixo proponho conhecê-los. Isso é essencialmente uma demonstração da variedade de tópicos possíveis que podem ser abordados, com base no conhecimento adquirido em nosso programa.
Sobre o Samsung IoT Academy Contest
Em 12 de julho, o evento terminou pela primeira vez o ano acadêmico da IoT Samsung Academy - a final do concurso de projetos interuniversitários. Após a primeira metade do ano dedicada ao estudo de estudos de caso, os participantes do curso no MIREA e no MIPT fizeram seus protótipos dos dispositivos da Internet das Coisas pelo segundo semestre inteiro. Os alunos determinaram as idéias do projeto a seu critério, os professores atuaram como consultores.
Para as finais, selecionamos os 10 melhores projetos. Os participantes tiveram apenas 5 minutos para falar. Você pode assistir ao vídeo completo do que aconteceu no YouTube:
Os projetos foram avaliados por um júri composto por engenheiros especialistas e representantes da comunidade acadêmica e de negócios. O presidente do júri é Stanislav Polonsky, chefe do Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado do Samsung Research Center, físico de educação, doutorado, engenheiro e cientista: ele trabalha nos Estados Unidos há mais de 20 anos e seus interesses de pesquisa são incrivelmente amplos - da química quântica à cibernética médica. Seu humilde servo foi o secretário do júri.
As indicações para a competição foram as seguintes:
- Excelência técnica
- Empresas e Sociedade
- Vencedor absoluto
- Escolha do Usuário
Os vencedores receberam tais arruelas e prêmios de nossa empresa.
O vencedor da universidade do ano, determinado pela nomeação "Vencedor absoluto", foi premiado com a taça. Além disso, a vitória foi do lado do MIREA nas indicações "Negócios e Sociedade" e "Escolha do Usuário". Um estudante do MIPT ganhou a nomeação “Technical Excellence”.
Visão Geral do Projeto
MotoGuard. Dmitry Faychuk, MIREA
Este projeto, por decisão unânime do júri, recebeu o prêmio “vencedor absoluto”. O autor do projeto, Dmitry Faychuk, se formou no terceiro ano no MIREA IT Institute.
Em nosso país, os direitos das categorias inferiores "A1" e "M" podem ser emitidos a partir dos 16 anos de idade. E muitos adolescentes sonham com seu ciclomotor ou scooter. Para os pais, essa é uma fonte de experiência, principalmente para a segurança da criança. Dmitry decidiu ajudar a resolver essas situações. A tarefa de seu dispositivo é rastrear o local e fornecer aos pais informações sobre eventos perigosos, como freios bruscos, choques, quedas, além da zona permitida. O protótipo é uma caixa de papelão, dentro da qual: a placa STM32 Nucleo L152RE (esta é uma placa compatível com o Arduino, mas baseada no microcontrolador STM32 L1), módulos acelerômetros, rastreador GPS, sensor de vibração e comunicação GSM.
Vale ressaltar que o projeto de Dmitry é bastante complexo em sua arquitetura: aqui há uma nuvem, um aplicativo móvel e um programa auto-escrito para um microcontrolador para o sistema operacional RIOT OS.
Na competição, o júri tinha uma pergunta óbvia: "Por que não usar um smartphone moderno para resolver o problema, porque todos os sensores necessários (acelerômetro, giroscópio, comunicação móvel) já estão nele?" No entanto, o autor observou, com razão, que um dispositivo separado tem várias vantagens: ele pode ser montado em um capacete ou veículo, tornado a bateria otimizada não removível e otimizada, em todas as condições climáticas e assim por diante.
Administração do sistema de cofres inteligentes. Vladislav Molodtsov, MIPT.
O projeto foi reconhecido como o melhor na nomeação "Excelência Técnica". Os juízes ficaram impressionados com o grau de implementação técnica do protótipo. Particularmente impressionado com o fato de Vladislav ser o participante mais jovem na rodada final da competição.
Sim, Vladislav Molodtsov é um aluno do primeiro ano, mas muitos alunos mais velhos não têm tanta persistência e trabalho duro. Ele fez o protótipo de demonstração mais bonito. Seu cofre parece perfeito, como um verdadeiro, se você não souber que é de madeira.
Sabíamos antes que os alunos da FizTech têm uma abordagem completa e não estão procurando maneiras fáceis! Um fato simples: ele até montou sua própria trava eletromecânica em um servo de porta, simplesmente porque, caso contrário, "não seria tão interessante".
Vladislav não pôde comparecer pessoalmente, então a apresentação foi realizada via link de vídeoO cofre possui um display LCD, um teclado matricial, indicadores LED mostrando o status do cofre (aberto / fechado), para o qual foram utilizados um interruptor de palheta e um ímã. Há um alto-falante para acionar o alarme em caso de invasão. Conectei todos os periféricos, sem usar bibliotecas de terceiros.
A interface gráfica do programa é simples, mas compreensível. Ele mostra o status de cada cofre: aberto, fechado, bloqueado, invadindo.
Supõe-se que esse sistema possa estar em demanda por hotéis, clubes esportivos e qualquer empresa em que os funcionários tenham armários pessoais. O sistema ainda não desenvolveu problemas de segurança que, obviamente, devem ser objeto de maior desenvolvimento do projeto.
Um sistema para simular as condições climáticas e a hora do dia em condições noturnas polares. Polina Rozhitskaya, MIREA
Este projeto recebeu um prêmio na nomeação "Negócios e Sociedade". Essa indicação é, sem dúvida, difícil para estudantes e professores que não têm a experiência necessária nos negócios e, mais ainda, no mercado emergente da Internet das Coisas. A discussão do júri foi tempestuosa, mas, no final, as opiniões do júri concordaram que o projeto Pauline tem um potencial real de negócios.
Talvez você tenha ouvido esse conselho: não use seu smartphone antes de dormir? O texto não está totalmente correto, porque estamos falando dos perigos da luz fria "azul" da tela do smartphone. Sabe-se que essa luz reduz a síntese de melatonina no corpo humano, também chamada hormônio do sono. É por isso que, por exemplo, os smartphones Samsung têm a opção de ativar o filtro de luz azul em uma programação.
E se você olhar para o problema mais amplamente? Afinal, você também pode reconstruir a iluminação artificial ao nosso redor para imitar o curso natural do sol. A tarefa é especialmente relevante para as regiões do nosso país em que as "noites brancas" são incrivelmente bonitas, mas não é fácil adormecer. E não só! O espectro de iluminação pode afetar não apenas o modo de suspensão, mas também o nível de desempenho.
O projeto de Polina propõe criar uma "sala de relaxamento" no escritório, na qual uma pessoa possa se aposentar e acender a iluminação ideal do ponto de vista de seus biorritmos. E no local de trabalho do funcionário, durante o dia, altere a temperatura da cor dinamicamente para não perturbar nossos biorritmos naturais. Sim, e levando em conta características individuais: cotovias, corujas ...
Em geral, esse projeto é da categoria dessas histórias em que a incapacidade de apresentar o trabalho pode levar ao fracasso. Na fase de qualificação da competição, era difícil adivinhar pelos materiais apresentados que o controle automático de iluminação foi implementado. Havia um formulário com "sliders" no vídeo, e a impressão era de que era apenas uma "lâmpada inteligente" trivial. E apenas comentários adicionais do gerente de projeto nos permitiram estimar a quantidade de trabalho.
Mais tarde, na rodada final, foram organizados treinamentos sobre habilidades de apresentação. Os caras demonstraram essas habilidades absolutamente necessárias em seu desempenho e, acreditamos, as usarão no futuro.
Monitoramento de carga. Alexander Filatov, MIREA
Este projeto ganhou o voto de simpatia do público. Conhecemos seu autor há muito tempo: exatamente há um ano, ele participou do primeiro evento da IoT Academy - a Escola de Verão na Internet das Coisas, realizada no Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.
Agora, Alexander introduziu seu sistema de “logística inteligente”, que permitirá resolver as tarefas de rastreamento e monitoramento das condições de transporte de mercadorias, coletando dados sobre violações. Este sistema pode ser útil tanto para companhias de seguros quanto para transportadoras. A implementação do projeto é simples: coleta remota de indicadores de sensores de um rastreador conectado a uma carga específica, análise desses indicadores no servidor e sua entrega ao cliente de forma conveniente. Propõe-se equipar o dispositivo IoT com os seguintes sensores: acelerômetro, umidade, vibração, inclinação, sensores de temperatura e um módulo GPS.
As vantagens do projeto incluem a interface do usuário, o uso apropriado da API Yandex.Maps, um aplicativo móvel, o cálculo competente do consumo de energia e o custo dos componentes do sistema.
O projeto causou uma discussão sobre várias questões importantes: como garantir a transferência de dados sem fio se o dispositivo estiver localizado junto com a carga dentro de um recipiente de metal? Uma das sugestões do júri foi o desenvolvimento de uma estrutura que esteja anexada não dentro, mas fora do contêiner. Também foram discutidos aspectos legais: é possível usar o testemunho de tal dispositivo em juízo, no caso de uma disputa sobre responsabilidade por danos à carga?
Devo admitir que minhas simpatias estavam do lado deste projeto e estou muito feliz que o público tenha votado nele.
Controle remoto e monitoramento de um grupo de bombas industriais. Vyacheslav Starovoitov e Kirill Komarov, MIREA
O projeto de estudantes do Departamento de Automação Industrial do Instituto de Tecnologia da Informação MIREA. O problema que os alunos resolveram é muito simples: existem várias aldeias distantes do centro do distrito com um sinal celular instável. Para fornecer a eles água, torres de água são instaladas. A água é bombeada para eles usando estações de pressão. Controladores lógicos industriais (PLCs) são usados para controlar estações de pressão. Para controlar seu trabalho, é necessário um operador.
No projeto, o controle remoto das bombas foi implementado através de uma conexão sem fio com o PLC. A principal dificuldade desse tipo de projeto é lidar com equipamentos e interfaces de terceiros. Para isso, era necessário lidar seriamente com a programação de baixo nível para controlar o hardware.
Os caras da competição apresentaram um estande de demonstração completo, composto por:
- Controlador lógico programável (PLC) Omron CJ1M
- Conversor de frequência Omron VS mini J7
- Motor Siemens 1LA7050-2AA60
- Módulos de microcontrolador Unwired Devices para controle remoto da bomba, conectados à estação base via LoRa
Todos poderiam garantir que o sistema bombeie regularmente a água do recipiente para a garrafa.
Esta equipe mostrou uma propensão ao design industrial, criando estojos multicoloridos fofos em uma impressora 3D. Eles colocaram os dispositivos finais da “Internet das Coisas” no kit de treinamento - módulos de microcontroladores com botões (para controle manual da bomba), transistores (para alternar a carga).
Starovoitov Vyacheslav já provou no hackathon da primavera no MIREA que ele é um talentoso designer de interface. E desta vez, seu design do aplicativo de controle de bombas parecia conciso e elegante:
Outros projetos
Para o meu artigo, escolhi, do meu ponto de vista, os projetos mais interessantes, “várias dezenas de trabalhos dos alunos deixados para trás”, dentre os quais se pode observar, por exemplo:
- Banho inteligente. O projeto foi distinguido por uma idéia original e causou interesse e entusiasmo genuínos, não apenas entre o júri, mas também entre os convidados da competição. Provavelmente porque o “balneário” é um tópico que todos entendem. A essência do projeto era sinalizar o excesso dos limites permitidos na sala e monitorar o estado do visitante no banho: ele está se movendo ou já está inconsciente?
- Um indicador de localização dos funcionários para o chefe de departamento, criado como um programa para o "relógio inteligente" Samsung Gear S3. Um projeto educacional sólido com uma grande quantidade de programação da web de auto-estudo em JavaScript.
- O sistema de ventilação adaptável é uma tarefa prática proveniente da vida real e um protótipo de trabalho interessante - mas a solução, infelizmente, não foi elaborada do ponto de vista do sistema como um todo e consome muita energia.
- “Loja inteligente” - construindo um caminho leve de prateleira para prateleira, com base na carga de trabalho atual dos departamentos e na política de marketing da loja.
- Sistema de monitoramento de carga nos simuladores de blocos: adicione sensores às partes móveis dos simuladores e conte quantas vezes uma pessoa faz o exercício.
- O modelo matemático para prever a falha de um sensor de vibração em uma fresadora é uma tarefa muito conhecida no mundo da IoT, que geralmente é resolvida usando métodos de aprendizado de máquina. Na Rússia, praticamente não temos publicações sobre esse assunto, mas no exterior você encontrará imediatamente 20 peças
- Construção de um mapa de reservatório com base em dados de sensores ultrassônicos localizados em pequenas embarcações móveis. Rejeitamos esse projeto devido ao fato de os caras focarem em resolver o problema dentro da estrutura do modelo de computador, mas ainda assim preferíamos dispositivos reais.
Conclusão
O que pode ser dito no final do artigo?
Uma ampla gama de abordagens e uma variedade de projetos tornam o campo da Internet das coisas extremamente interessante. Historicamente, a ciência da computação e a engenharia têm sido uma área do conhecimento: o maior sucesso foi obtido por pessoas igualmente versadas em matemática e circuitos, como, por exemplo, meu cientista favorito Claude Shannon. Esse curso sintético na Internet das Coisas é uma maneira de superar as limitações da especialização. É por isso que este curso é especialmente valioso para mim e nossos professores: aqui todos podem encontrar a fronteira de seu conhecimento e tentar se casar com ele.
Percebeu-se o seguinte: os projetos dos estudantes de cada universidade tinham sua própria “face” característica. Nesta primavera, o MIPT e o MIREA passaram seu curso adicional sobre microcontroladores. E foi interessante do lado observar como o Fizteh finalmente demonstrou a abordagem mais próxima do hardware. Os caras se moveram “de baixo para cima”, ou seja, estudaram o microcontrolador em termos de registros, difíceis e profundamente imersos no material. E no MIREA, o estudo foi “de cima para baixo”, ou seja, do trabalho no sistema operacional RIOT em tempo real no microcontrolador até o mergulho “para baixo”.
Em uma hackathon pela Internet das coisas no MIPT nesta primaveraComo resultado, essa diferença foi refletida na maioria dos projetos de estudantes: os graduados do nosso programa no MIPT prestaram mais atenção ao dispositivo final no microcontrolador, atingindo máxima eficiência e velocidade, enquanto os alunos do MIREA criaram sistemas de nível superior, geralmente com uma interface mais conveniente, aplicativo móvel, parte do servidor.
Cada uma das abordagens tem o direito de existir, porque pode ser útil para trabalhar como especialistas diferentes e para diferentes finalidades, seja para prototipagem e produção rápidas. Em geral, estamos satisfeitos com o nível técnico do trabalho, os caras dominaram o programa do curso. Em apenas um ano, eles mergulharam em um tópico completamente novo para si e ganharam o conhecimento que faltava em seu perfil. No MIREA, vários estudantes dominaram tão bem o material e se interessaram pelo assunto que este ano se ofereceram para ajudar os professores.
E, finalmente, um agradável resultado de pesquisa para o ano acadêmico:
Os projetos apresentados foram caracterizados pela elaboração insuficiente dos aspectos do negócio. Por exemplo, alguns autores imaginavam muito vagamente quem poderia ser um vendedor desse tipo de dispositivo e quem poderia ser um comprador, como o dispositivo poderia ser integrado às soluções existentes no mercado. Muitos não tinham a capacidade de apresentar um projeto.
Para ser justo, deve-se notar que esses problemas sistêmicos não são exclusivos dos projetos em nível de estudante; meus colegas são confrontados com isso em seu trabalho diário.
O último final da competição nos permitiu ver os resultados do programa e, como um teste decisivo, mostrou aqueles momentos que valem a pena trabalhar. Nós, arregaçando as mangas, vamos pegá-las no próximo ano letivo.
Com o início do ano letivo, camaradas!
Volkova Tatyana
Funcionário da Samsung Research Center
O autor do projeto de currículo IoT Academy Samsung