Platformy robotyczne w polskich szkołach — przegląd zestawów edukacyjnych

LEGO Mindstorms — zestaw dla szkół podstawowych i średnich

LEGO Mindstorms — jeden z pierwszych zestawów robotycznych przeznaczonych do użytku szkolnego. Źródło: Wikimedia Commons, CC BY-SA.

LEGO Mindstorms to modułowy zestaw robotyczny łączący klocki LEGO z jednostką sterującą, silnikami i czujnikami. Dostępne generacje — NXT i EV3 — były przez wiele lat standardowym wyposażeniem szkolnych kółek robotycznych i laboratoriów STEM w Polsce.

Jednostka centralna i moduły

Zestaw EV3 opiera się na bloku sterującym wyposażonym w procesor ARM9 z systemem operacyjnym Linux. Blok posiada cztery porty wyjściowe dla silników i cztery wejściowe dla czujników. Standardowy zestaw zawiera czujniki: ultradźwiękowy (odległość), koloru, dotyku oraz żyroskopowy.

Środowiska programistyczne

Programowanie odbywa się w środowiskach graficznych opartych na schematach blokowych. Oficjalne oprogramowanie LEGO Education EV3 używa języka graficznego wzorowanego na LabVIEW. Alternatywnie stosuje się:

• Scratch — środowisko MIT dedykowane młodszym uczniom, obsługuje podstawowe polecenia ruchowe
• MicroPython — wersja Python dostosowana do ograniczeń sprzętowych EV3
• ev3dev — środowisko Linux umożliwiające programowanie w Python, Java lub C

Arduino — platforma dla technikum i kół zainteresowań

Arduino Uno R3 — płytka oparta na mikrokontrolerze ATmega328P, stosowana powszechnie w kołach robotycznych. Źródło: Wikimedia Commons, CC BY-SA.

Arduino to otwarta platforma sprzętowa oparta na mikrokontrolerze Atmel AVR (modele Uno, Nano) lub ARM Cortex (modele Due, Zero). W odróżnieniu od LEGO Mindstorms wymaga budowania własnych układów — doboru czujników, siłowników i okablowania — co sprawia, że jest bardziej elastyczna, ale i bardziej wymagająca technicznie.

Środowisko programistyczne

Kod pisze się w Arduino IDE w języku zbliżonym do C++. Program składa się z dwóch obowiązkowych funkcji: setup() wykonywanej raz przy starcie oraz loop() wykonywanej w pętli nieskończonej. Platforma Arduino jest wspierana przez rozbudowaną bibliotekę wielu tysięcy rozszerzeń opisujących obsługę czujników, wyświetlaczy, modułów komunikacyjnych.

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

Powyższy przykład ilustruje podstawową strukturę programu — sterowanie diodą LED z opóźnieniem 1 sekundy, stosowane jako pierwsze ćwiczenie w kursach robotyki.

Zastosowania szkolne

W polskich technikach o profilach elektronicznym i mechatronicznym Arduino pojawia się w treściach podstawy programowej w zakresie systemów wbudowanych. Typowe projekty szkolne obejmują: stacje pomiarowe temperatury i wilgotności, systemy alarmowe z czujnikami ruchu PIR, sterowanie napędami krokowym i serwomechanizmami.

Raspberry Pi — komputer jednopłytkowy w edukacji

Raspberry Pi 4 Model B — komputer jednopłytkowy z pełnym systemem operacyjnym Linux. Źródło: Wikimedia Commons, CC BY-SA.

Raspberry Pi to komputer jednopłytkowy z procesorem ARM i interfejsem GPIO pozwalającym na bezpośrednie sterowanie urządzeniami zewnętrznymi. W odróżnieniu od Arduino uruchamia pełny system operacyjny Linux (dystrybucja Raspberry Pi OS), co oznacza dostęp do pełnego środowiska programistycznego bez ograniczeń sprzętowych typowych dla mikrokontrolerów.

Różnica między Arduino a Raspberry Pi

Arduino przetwarza kod w pętli rzeczywistej bez systemu operacyjnego — jest przeznaczone do zadań wymagających precyzji czasowej (np. odczyt czujników w ściśle określonych interwałach). Raspberry Pi uruchamia system operacyjny z harmonogramowaniem zadań, co czyni je odpowiednim do zadań złożonych obliczeniowo: przetwarzania obrazu kamerą, obsługi interfejsów sieciowych lub uruchamiania aplikacji webowych.

Micro:bit — platforma dla klas IV–VIII

BBC micro:bit — kompaktowa płytka z wbudowanymi czujnikami i wyświetlaczem LED. Źródło: Wikimedia Commons, CC BY-SA.

BBC micro:bit to kieszonkowa płytka edukacyjna opracowana przez BBC we współpracy z organizacjami edukacyjnymi i producentami technologicznymi. Wyposażona jest w matrycę 25 diod LED, akcelerometr, magnetometr, czujnik temperatury, mikrofon i głośnik (od wersji V2) oraz komunikację Bluetooth i radio.

Programowanie

Programowanie odbywa się przez przeglądarkę — bez instalacji oprogramowania — w edytorze MakeCode oferującym bloki wizualne oraz tryb JavaScript. Alternatywnie dostępny jest MicroPython z interaktywnym REPL. Niska bariera wejścia sprawia, że micro:bit jest wskazywane jako platforma startowa dla uczniów klas IV–VI.

Porównanie platform

Zewnętrzne źródła

• Wikipedia: Arduino
• Wikipedia: Raspberry Pi
• Oficjalna strona micro:bit (microbit.org)
• Ministerstwo Edukacji Narodowej