المپیاد به سبک ربات‌ها

در این مسابقات شرکت‌کنندگان می‌توانند توانایی خود را از طریق کار روی ربات‌های آموزشی و در یک فضای رقابتی به چالش بکشند. دانش‌آموزان و دانشجویان ایرانی از سال 1385/2006 در المپیاد جهانی رباتیک شرکت می‌کنند و تاکنون موفق به دریافت رتبه‌های چشمگیری در سطح بین‌المللی شده‌اند. سیزدهمین المپیاد جهانی رباتیک نیز امسال از 13 تا 15 آذر با شرکت حدود 2000 نفر در قالب 550 گروه از 60 کشور جهان در کشور هندوستان برگزار شد و گروهی از دانش‌آموزان و گروهی از دانشجویان منتخب کشور، نمایندگان ایران در این مسابقات بودند. در مجموع 14 گروه دانش‌ آموزی و دانشجویی از تهران، زنجان، شاهرود، قزوین، شیراز، اصفهان و ابهر در این مسابقات که در شهر نویدا نزدیک دهلی نو در هند برگزار شد، شرکت کردند. پس از بازگشت تیم‌ها به کشور ، سراغ مربیان و دانش‌آموزان موفق در این المپیاد رفتیم تا از کم و کیف شرکت در این المپیاد جهانی بیشتر مطلع شویم.

آموزش دانش و مهارت در المپیاد جهانی رباتیک

المپیاد جهانی رباتیک هر سال در چهار رشته اصلی برگزار می‌شود و مسابقات ایران هم در طول سال مطابق با رشته‌ها و موضوعات جهانی پیش می‌رود. مرتضی فرازمند، مدیر المپیاد جهانی رباتیک در ایران، درباره نحوه شرکت دانش‌آموزان و دانشجویان در این مسابقات به جام‌جم می‌گوید: شروع کار هر فرد با شرکت در کلاس‌های رباتیک در سطح کشور در مدارس و دیگر مراکز آموزشی آغاز می‌شود. بعد از گذراندن مراحل مقدماتی در شش تا هشت ماه، افراد با انتخاب خودشان می‌توانند وارد مسابقات شوند.

گروه‌های دو یا سه نفره روی موضوعات مسابقه که بهمن هر سال اعلام می‌شود کار می‌کنند و در مسابقات مقدماتی و نهایی که تابستان برگزار می‌شود، مهارت خودشان را محک می‌زنند. در مسابقات نهایی بر اساس سهمیه ایران گروه‌هایی انتخاب و به عنوان تیم ملی شروع به کار می‌کنند. البته در این مرحله مشکلاتی روند انجام کار را سخت‌تر می‌کند. در مسابقات نهایی اعضای گروه‌ها از شهرهای مختلف انتخاب می‌شوند و باید بخش زیادی از کار از راه دور انجام شود.

از طرف دیگر از مهر ماه اعضای گروه‌ها درگیر درس در مدرسه و دانشگاه می‌شوند و اولویت با درس است و زمان انجام تمرین‌ها محدود می‌شود. فرازمند درباره تخصص‌ها و مهارت‌هایی که شرکت‌کنندگان در این مسابقات به دست می‌آورند اضافه می‌کند: فلسفه المپیاد جهانی رباتیک، آموزش دانش، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) به شرکت‌کنندگان است. بحث دانش تحقیقات و مطالعاتی است که شرکت‌کنندگان انجام می‌دهند. کار کردن با زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی، پیاده کردن الگوریتم‌ها روی ربات‌ها، مهندسی ساخت سازه‌های مکانیکی خلاقانه و کاربردی متناسب با محدودیت‌ها از دیگر تخصص‌هایی است که افراد با آنها سر و کار دارند. در کنار این موضوعات یک هدف دومی هم وجود دارد که به دست آوردن مهارت است. برای مثال یادگیری مهارت‌های حل مساله، خلاقیت، کار گروهی، دست‌ورزی یعنی تبدیل ایده به سازه واقعی و مهارت ارائه، موضوعاتی است که شرکت‌کنندگان در کنار کاری که انجام می‌دهند، آموزش می‌بینند.

مدیریت پسماند، چالش امروز محیط‌زیست

در بخش آزاد المپیاد جهانی رباتیک، گروه دانش‌آموزی با کار روی رباتی برای مدیریت پسماند بیمارستانی به رتبه دهم جهانی دست یافتند. حسین ناصری، از اعضای گروه بخش آزاد ایران، درباره دلیل انتخاب موضوع تفکیک زباله‌های بیمارستانی به جام‌جم می‌گوید: با توجه به موضوع مسابقات بخش آزاد امسال که در مورد تفکیک و مدیریت زباله بود، این گروه تصمیم به طراحی ربات‌هایی گرفت که مشکلات زباله‌های بیمارستانی را تا حدودی حل کند. در بیمارستان‌ها زباله‌های عفونی و غیرعفونی باید در سطل‌های جداگانه که رنگ آنها مشخص است، تفکیک شوند. ممکن است به دلیل خطای انسانی یا دلایل دیگر این زباله‌ها ترکیب شوند. ما ربات‌هایی طراحی کردیم که با استفاده از فناوری محیط کشت، زباله‌ها را بررسی می‌کند و سپس از محیط کشت نمونه‌برداری می‌کند. بعد از آن ربات انباردار، سطل‌های آماده برای تفکیک را در محل مناسب قرار می‌دهد. سپس ربات شناساگر، سطل با رنگ مشخص را به سمت محلی که از پیش تعیین‌شده، هدایت می‌کند.

بچه‌ها در مسابقات مقدماتی جمع‌آوری زباله‌های ساحلی را مورد مطالعه قرار دادند. اما برای مسابقات نهایی ایران و مرحله جهانی ایده زباله‌های بیمارستانی را پیگیری کردند. این مشکل برای جوامع هزینه‌بر و خطرناک است و به همین دلیل تفکیک این زباله‌ها با ربات‌ها بهتر است.

رباتی برای شرکت در مسابقات دانشجویی

گروه دانشجویی دانشگاه صنعتی شاهرود در بخش دانشجویی مسابقات امسال رتبه هشتم جهانی را کسب کرد. دکتر علی خالقی، عضو هیات علمی دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود و سرپرست تیم دانشگاه صنعتی شاهرود، درباره فعالیت این گروه از ابتدا تا مسابقات جهانی به جام‌جم می‌گوید: این گروه از ماه اردیبهشت شروع به کار کرد و در مرحله مقدماتی و نهایی ایران مقام اول و در مرحله جهانی هم مقام هشتم را کسب کردیم. اساس کار این ربات انجام بازی بولینگ بود که با استفاده از پردازش تصویر توپی را از یک ردیف مشخص عبور می‌داد و به هدف شلیک می‌کرد.

مهدی محمدی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود، درباره تجربه کار با ربات‌ها به جام جم می‌گوید: مباحثی که در دروس دانشگاهی آموزش داده می‌شود، پایه‌ای برای انجام مقدمات است. هنگامی که وارد بخش عملی می‌شویم، می‌بینیم تئوری تا عمل خیلی فاصله دارد و نیاز به تجربه دارد. برای مثال در بحث طراحی هدایتگر ربات که بتواند روی یک زاویه خاص قرار گیرد یا جای خاصی را هدف قرار دهد، نوشتن برنامه نیاز به مهارت بالایی دارد.

امین شاکری، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه خواجه نصیر طوسی، درباره چالش‌های کار با ربات برای این مسابقات به جام‌جم می‌گوید: یکی از مهم‌ترین چالش‌های ما برای رباتی که باید بازی بولینگ انجام می‌داد، این بود که چطور توپ را بردارد. بعد از آن چالش ربات باید تصمیم‌گیری برای زدن هدف را انجام می‌داد. در مسابقات جهانی بهینه‌سازی ربات‌ها را انجام دادیم و با وجود این که ابزارهای پیشرفته‌ای نسبت به دیگر شرکت‌کنندگان نداشتیم، کارهایی مثل نشانه‌گیری یا پیدا کردن هدف و نحوه پردازش تصویر را روی ربات انجام دادیم.

رشته‌های المپیاد جهانی رباتیک

المپیاد جهانی رباتیک هر سال در چهار رشته برگزار می‌شود:

بخش آزاد Open Category

براساس موضوعی که هر سال برگزارکننده جهانی المپیاد اعلام می‌کند، شرکت‌کنندگان باید راه‌حل‌های رباتیک خود را بسازند و در نهایت آن را ارائه دهند. برای مثال سال‌های گذشته موضوعات ربات و فضا، ربات و آثار باستانی، ربات و اکتشاف انتخاب شده بود. معمولا یک موضوع عام جهانی برای هر سال مطرح می‌شود. امسال نیز موضوع اصلی مسابقات زباله و مدیریت پسماند بود که ایده گروه ایرانی در زمینه مدیریت پسماند عفونی در بیمارستان‌ها در مسابقات جهانی دهم شد. دانش‌آموزان خودشان با توجه به موضوع و در تعامل با مربی‌ها ایده خود را پیدا کردند. برای ساخت رباتی با این ایده اول تحقیقات میدانی انجام شد که پسماند بیمارستانی چیست و در دنیای واقعی چه راهکارهایی برای مدیریت آن وجود دارد. در مراحل بعدی ایده‌ای مطرح و رباتی با آن موضوع ساخته شد. حدود 60 درصد کار بچه‌ها ایده‌پردازی و ساخت ربات و 40 درصد کار تحقیقات و ارائه و قانع کردن داوران است.

در این رده دانش‌آموزان در سه گروه ابتدایی (9 تا 12 سال)، متوسط (12 تا 16 سال) و پیشرفته (16 تا 19 سال) در مسابقات شرکت می‌کنند.

مساله مشخص (Regular Category)

این بخش از مسابقات رباتیک به این شکل است که هر سال روی یک میز 5/1 در 2/1 متر یک مساله مشخص از قبل مطرح می‌شود. معمولا این مساله مرتب کردن قطعاتی بر اساس رنگ است و شرکت‌کنندگان باید با تنظیم کردن ابزارها و با استفاده از اطلاعات داده شده بهترین راه‌حل را پیدا کنند. این مساله در ظاهر کاملا مشخص است، اما شرکت‌کنندگان این بخش با چهار تا پنج ماه کار می‌توانند نتیجه مطلوب بگیرند. علاوه بر این یک قانون هم روز مسابقه اضافه می‌شود و برای مثال اضافه شدن یک رنگ دیگر است. زمان انجام پروژه و رسیدن به هدف نیز در امتیازدهی تاثیر دارد.

در این رده نیز دانش‌آموزان همچون بخش آزاد در سه گروه ابتدایی، متوسط و پیشرفته شرکت می‌کنند.

مسابقه فوتبال

رشته سوم المپیاد جهانی رباتیک فوتبال است که ربات‌ها مثل فوتبال واقعی با یکدیگر رقابت می‌کنند. ربات‌های فوتبالیست، دروازه‌بان و مهاجم در این مسابقات به رقابت می‌پردازند و قوانین بازی تقریبا شبیه بازی فوتبال انسانی است. مسابقات فوتبال رباتیک برای سنین 12 تا 19 سال و بدون رده‌بندی سنی برگزار می‌شود.

بخش دانشجویی

در این بخش دانشجویان سنین 19 تا 25 سال شرکت می‌کنند. امسال موضوع این بخش مسابقه بولینگ بود که باید یک ربات بولینگ بازی می‌کرد. بخش دانشجویی جذابیت و چالش‌های جالبی برای دانشجویان دارد و از بخش‌های هیجان‌انگیز مسابقات است.

دانش‌آموزان چطور ربات مدیریت پسماند زباله بیمارستانی را ساختند؟

مهراب نیایی، دانش‌آموز پایه ششم مدرسه نظام مافی، درباره نحوه اجرایی شدن این ایده به جام‌جم می‌گوید: این ایده از جایی شروع شد که ما فهمیدیم سالانه بخش زیادی از زباله‌های بیمارستانی سوزانده یا دفن می‌شود که برای آب‌های زیرزمینی، آلودگی هوا و در کل آلودگی‌های محیط‌زیستی خطرات زیادی دارد. اما وقتی می‌توانیم زباله‌های عفونی را از غیرعفونی تفکیک کنیم، لزومی ندارد حجم زیادی زباله دفن یا سوزانده شود که هم هزینه زیادی دارد و هم به محیط‌زیست آسیب می‌رساند. گروه ما با کمک اطلاعاتی که پدرم به ما داد، تصمیم گرفتیم روی زباله‌های بیمارستانی تحقیق کنیم. ما اطلاعات و نمونه‌ها را از منابع معتبری مثل سازمان جهانی بهداشت پیدا کردیم. در طول مسابقات، دست‌ورزی ما در ساخت ربات و برنامه‌نویسی قوی‌تر شد و پشتیبانی برای شرکت در سال‌های بعدی مسابقات شد.

محمد اشتغالی، دانش‌آموز پایه ششم مدرسه جهان آرا، مراحل انجام این پروژه را این گونه توضیح می‌دهد: 80 درصد زباله‌های بیمارستانی غیرعفونی، 15 درصد عفونی و خطرناک و 5 درصد هم دارویی و اشیای برنده است. اختلاط زباله‌های بیمارستانی باعث می‌شود زباله‌های غیرعفونی هم آلوده شود و حجم زباله‌های عفونی زیاد شود. ما به همین دلیل چند ربات ساختیم که سطل‌های غیرعفونی را از بقیه زباله‌ها جدا کند. ربات ما در یک محفظه استریل کار را انجام می‌دهد که هیچ میکروبی از آن خارج نشود و محیط را آلوده نکند. ما پنج ربات در این پروژه داشتیم که در محیط کشت (‌محیطی که میکروب در آن رشد می‌کند) عفونی بودن یا غیرعفونی بودن ماده را مشخص می‌کند. یک ربات دیگر با تشخیص رنگ‌ها زباله‌ها را که به رنگ‌های سطل‌ها تفکیک شده‌اند، در جایگاه عفونی یا غیرعفونی قرار می‌دهد. در نهایت ربات‌ها زباله‌های تفکیک‌شده را به سمت محل تعیین‌شده می‌برند.

سپیده شعرباف

جام‌جم