Серед проектів-переможців цьогорічного конкурсу "Громадський бюджет" вирізняється ініціатива політехніків щодо створення безкоштовної школи мікроелектроніки для дітей на базі КПІ ім. Ігоря Сікорського. Тут школярі м. Києва зможуть поглиблено вивчати основи електроніки, розробку мікропроцесорів, робототехніку, програмування мікрокомп'ютерів і 3D друк. Автор проекту – Євген Васильович Короткий, к.т.н., доцент кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури ФЕЛ. Сьогодні він розповідає про виникнення ідеї та передумови створення освітнього середовища для дітей.
Передумови
Ідея створення дитячої школи мікроелектроніки "Lampa Kids" виникла як розвиток відкритої лабораторії електроніки "Лампа" – спільного проекту Науково-технічної бібліотеки КПІ ім. Ігоря Сікорського та кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури ФЕЛ.
Автор цих проектів вважає, що для розвитку інновацій і високих технологій у вишах України передусім потрібно займатися популяризацією інженерної діяльності і створювати необхідну інфраструктуру, а також вдосконалювати навчальні програми до світового рівня, готувати багато висококваліфікованих фахівців, залучати найкращих із них до науково-дослідної роботи та викладацької діяльності. Необхідно створити сприятливі умови для випускників, щоб замість працевлаштування закордоном вони залишалися в університеті і сприяли його розвитку. Першою складовою таких умов є наявність зручних та сучасних робочих місць і новітнього обладнання. Друга, не менш важлива складова – можливість займатися у стінах університету високооплачуваною інженерною діяльністю, набуваючи унікального досвіду. Найпростіше почати з аутсорсингу інженерних проектів для закордонних компаній, а потім, отримавши кваліфікацію і репутацію, переходити до реалізації власних інноваційних розробок.
Відкрита лабораторія електроніки "Лампа" вирішує завдання створення необхідної інфраструктури для самостійного навчання і роботи над інженерними проектами з безкоштовним доступом для всіх зацікавлених, насамперед студентів, аспірантів і викладачів КПІ ім. Ігоря Сікорського. Лабораторію оснащено великою кількістю високотехнологічного електронного обладнання. Це потужні джерела живлення, мікропроцесорні плати, мікросхеми програмованої логіки для створення власних процесорів, високоточне вимірювальне обладнання компаній Keysight і Tektronix та найкращі у світі DLP/FDM 3D принтери. Електронні плати одержано завдяки участі в університетських програмах закордонних мікроелектронних компаній Altera, Texas Instruments, MIPS, Intel та ARM. Для цього необхідно було подати обґрунтовану заявку і через кілька тижнів отримати електронні налагоджувальні модулі вартістю тисячі доларів. Незважаючи на простоту процедури, більшість викладачів України майже не використовують таку чудову можливість. Прецизійне вимірювальне обладнання і сучасні 3D принтери придбано для лабораторії за 740 000 грн, виграних у конкурсі "Громадський бюджет 2017", перемога в якому стала можливою лише завдяки підтримці спільноти КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Після створення необхідної інфраструктури в лабораторії "Лампа" було вирішено і далі розвивати освітні ініціативи. Так виникла ідея дитячої школи мікроелектроніки "Lampa Kids".
Знання – дітям
Спрощення та здешевлення засобів розробки і діагностики зробило вивчення сучасної електроніки доступним для широкого загалу. В Україні почали масово з'являтися дитячі школи електроніки і робототехніки, що викликало значний попит серед школярів та їх батьків. На жаль, більшість подібних закладів функціонують на комерційній основі, що унеможливлює доступ дітям із малозабезпечених родин. Складні і актуальні теми, на кшталт проектування мікропроцесорів, не вивчаються через брак педагогів відповідної кваліфікації і необхідного обладнання. Виходячи з недоліків існуючої ситуації, було вирішено створити безкоштовну школу мікроелектроніки для дітей на базі КПІ ім. Ігоря Сікорського, де на сучасному обладнанні і під керівництвом професійних викладачів діти могли б безкоштовно вивчати основи електроніки, розробку мікропроцесорів, мікрокомп'ютери, 3D друк, робототехніку, Інтернет речей і обробку радіосигналів.
Участь у конкурсі
Маючи досвід участі у подібних змаганнях, наша команда подала проект "Lampa Kids" на конкурс "Громадський бюджет 2018" і в напруженій боротьбі вдалося вибороти 2 мільйони гривень на придбання меблів і надсучасного обладнання для майбутньої школи. Загалом, у конкурсі перемогло п'ять проектів від КПІ ім. Ігоря Сікорського, включаючи наш. Над перемогою працювали сотні волонтерів, переважно із числа студентів, які протягом кількох безсонних тижнів жили лише цим змаганням, відклавши усі інші справи. Неодноразово вони обійшли навчальні корпуси і гуртожитки, розповідаючи викладачам та студентам про КПІшні проекти, підняли на вуха весь Політех, зламали клавіатури, набираючи друзям численні повідомлення з проханням підтримки, але зібрали більше трьох тисяч голосів за кожен із проектів. За що усім причетним до цього величезна подяка!
Запрошуємо викладачів
Хоча обладнання для школи мікроелектроніки "Lampa Kids" буде придбано за кошти бюджету Києва, КПІ ім. Ігоря Сікорського теж долучиться до реалізації проекту. Школу буде розміщено в аудиторії №125 ФЕЛ, недалеко від метро і швидкісного трамваю. Це світла і простора кімната площею 110 кв. метрів, із вікон якої відкривається чудовий вид на сквер "Поляна". Адміністрація Київської політехніки вже виділила кошти на сучасний ремонт приміщення, і з дня на день почнуться ремонтні роботи. Після завершення ремонту планується закупити обладнання, підготувати необхідні методичні матеріали, і з 1 вересня 2018 р. почати працювати зі школярами.
У підготовці навчальних матеріалів та подальшій роботі з дітьми будуть задіяні кращі викладачі нашого університету з досвідом роботи в сучасних інженерних компаніях. Уже сформувалося ядро з викладачів ФЕЛ, однак до участі запрошуються зацікавлені педагоги і з інших факультетів. Куратором проекту з боку адміністрації міста є Київське відділення Малої академії наук (МАН). Було проведено зустріч із керівниками МАН, які висловили зацікавленість у якнайшвидшій реалізації проекту. Зі своєї сторони МАН допоможе контактами з навчальними закладами м. Києва для залучення учнів до школи мікроелектроніки та рекомендаціями щодо створення методичних матеріалів саме для дитячої аудиторії.
Обладнання
Обладнання плануємо придбати неперевершене. Це точні вимірювальні прилади фірми Keysight, осцилограф компанії Tektronix зі смугою пропускання до 1 ГГц та аналізатор спектру до 3 ГГц, потужні і якісні джерела живлення, плати з мікросхемами програмованої логіки Intel FPGA для створення процесорів і цифрових мікросхем, мікрокомп'ютери, набори Lego Mindstorms для вивчення робототехніки, 3D принтери, SDR системи ETTUS B210 для приймання та генерації практично будь-яких радіосигналів і, звісно, персональні комп'ютери. У приміщенні буде обладнано 10 стаціонарних робочих місць і лекційну зону на 50 осіб.
Як працюватиме школа
"Lampa Kids" працюватиме за кількома напрямами. У першій половині дня студенти КПІ ім. Ігоря Сікорського матимуть змогу виконувати лабораторні роботи на високотехнологічному обладнанні школи. В першу чергу це будуть студенти викладачів, задіяних у роботі з дітьми, а також магістранти, яким сучасне обладнання стане у пригоді для проведення наукових досліджень.
У другій половині дня викладачі університету проводитимуть заняття з дітьми. Школярі вивчатимуть не лише програмування процесорів, а й основні принципи їх розробки. Для цього проведення практичних занять заплановано на мікросхемах програмованої логіки з використанням мови опису апаратури Verilog та логічного синтезу відповідно до практик Apple, Samsung, Stanford і MIT. Наразі в Україні відсутні аналогічні дитячі освітні програми з проектування мікросхем, що робить ініціативу унікальною.
Окрім проектування процесорів, заплановано навчання за інноваційними напрямами, включаючи робототехніку, 3D друк, Інтернет речей і обробку радіосигналу на SDR модулях. За кожним з напрямів плануємо щомісяця набирати групу з 10-15 дітей. Створимо можливість попередньої електронної реєстрації на кожний місячний курс навчання та передбачимо надсилання листів з нагадуванням про початок. Пріоритет під час відбору надаватиметься дітям з малозабезпечених родин, переможцям олімпіад та дітям учасників АТО. За наявності великої кількості бажаючих число навчальних груп може бути збільшено.
Учасники МАН матимуть змогу вільно працювати над науковими проектами на обладнанні "Lampa Кids". Кілька разів на місяць буде організовано дні відкритих дверей, щоб усі охочі могли долучитися до роботи з високотехнологічними приладами. Бюджет проекту передбачає закупівлю якісної камери, тож зможемо записувати лекції на відео і викладати у вільний доступ на майбутньому Youtube каналі. За порядком у школі стежитимуть лаборанти. Також планується передбачити цілодобове відеоспостереження.
Про досвід роботи з дітьми
У читачів цілком ймовірно може виникнути запитання: а чи можливо взагалі, щоб школярі успішно вивчали проектування мікропроцесорів і цифрових мікросхем? Адже ці теми не завжди достатньо повно і якісно розглядають навіть у багатьох вітчизняних університетах. Виявляється – можливо, і команда лабораторії "Лампа" мала змогу переконатися в цьому на власному досвіді. Навесні 2017-го разом із партнерами з Кремнієвої долини – компанією MIPS Technologies, викладачі КПІ ім. Ігоря Сікорського і КНУ ім. Тараса Шевченка організували і провели першу в Україні дитячу школу з мікроелектроніки. Протягом тижня у відкритому просторі Belka науково-технічної бібліотеки 50 школярів вивчали основи електроніки, створення цифрових мікросхем із застосуванням програмованої логіки і мов опису апаратури (на фото). Лекції читали викладачі та професійні розробники мікропроцесорів з компанії MIPS Technologies, зокрема відомий меценат і популяризатор мікроелектроніки Юрій Панчул. Виконувати практичні роботи школярам допомагали студенти-волонтери з кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури. Після завершення навчання випускники школи взяли участь у хакатоні з розробки цифрових мікросхем, де успішно застосували на практиці набуті знання. Проекти-переможці, а саме кодовий замок та світлофор зі звуковою індикацією, були реалізовані мовою Verilog у мікросхемах програмованої логіки учнями 9-10-х класів.
Наші плани
Отже, практичний досвід переконливо доводить, що навіть складні сучасні технології можна доступно і "на пальцях" пояснювати школярам за наявності кваліфікованих педагогів і якісних навчальних матеріалів. У "Lampa Kids" планується частково використовувати уже існуючі презентації і практичні завдання, апробовані на минулій школі мікроелектроніки. Частину матеріалів перекладемо з англійської. Наприклад, існують чудові англомовні методичні вказівки з робототехніки на базі Lego Mindstorms. А у Великобританії підготовані неперевершені освітні ресурси для вивчення школярами мікропроцесорних систем з використанням BBC Microbit. Деякі навчальні матеріали доведеться розробити з нуля, зокрема лекційні і практичні завдання з обробки радіосигналу на SDR модулях.
Загалом, команда "Lampa Kids" впевнена в успіхові проекту, оскільки маємо унікальний досвід проведення подібних заходів та чимало партнерів з університетів і компаній. Реалізація ідеї дозволить школярам безкоштовно вивчати високі технології, залучати найкращих абітурієнтів до Київського політехнічного, готувати достойних представників України на міжнародні олімпіади з робототехніки та сформувати нову генерацію інженерів, що розроблятимуть власні айфони в Україні.
