Na Teslinoj viziji bežičnog

Sanja Pavlović Šijanović

Sažetak

Iako obilježena socijalnom distancom, 2021. godina donijela je brojne novosti vezane uz digitalnu tehnologiju te je proglašena godinom bežičnog upravljanja i povezivanja. Kombinacijom izravnih i virtualnih radnih susreta ali i brojnih aktivnosti kroz igru, učenje i stvaranje, učenice vukovarske gimnazije izradile su mali vozni park kojeg čine tri vozila daljinski upravljana putem Bluetooth glasovnog i manualnog upravljanja te upravljana putem NRF24L01 komunikacijskog modula i joystick-a. Vozila su temeljena na bežičnom prijenosu signala principom radijskog prijenosa čiji je utemeljitelj Nikola Tesla. Poticanje djece od najmlađih dana na ciljane aktivnosti ima znatan utjecaj na daljnji razvoj njihovih vještina i interesa. Upravo tako, sklapanje i programiranje visoko inteligentnih robotskih vozila postaje prediktor razvoja spacijalnih sposobnosti važnih za razumijevanje matematičkih i inženjerskih koncepata koji u kombinaciji s Arduino tehnologijom čine dobitnu kombinaciju. Cilj je potaknuti učenike na rad sa Arduino tehnologijama kao jednim od kreativnih načina stjecanja novih znanja i vještina, budući iskorak iz poznatog u nepredvidivo vodi u novu pustolovinu pri čemu intuitivno znamo da će nas upravo to nepoznato dovesti do željenog cilja!

Ključni pojmovi: bežično upravljanje, Arduino tehnologija, projektna nastava, INOVA MLADI 2021.

Uvod

8. lipnja 2021. vukovarske su gimnazijalke Ema i Lara, sudjelovale na najvećoj izložbi inovacija mladih u Republici Hrvatskoj i ovom dijelu Europe. INOVA MLADI, 21. je po redu izložba inovacija učenika osnovnih, srednjih škola i studenata s međunarodnim djelovanjem, koja svojim djelovanjem okuplja i osnažuje učenike i njihove mentore u stvaralačkom, kreativnom i inovativnom radu te nagrađuje najbolje projekte vezane za nastavni proces i nastavni program. Organizator ovog prestižnog događanja je Savez inovatora Zagreba a ovogodišnja svečanost dodjele nagrada organizirana je u Zagrebu u Narodnom sveučilištu Dubrava.

Nakon teške školske godine 2020./21. s bitno smanjenim mogućnostima nastave u živo a s time i prilikama za praktičnu nastavu, 21. izdanje INOVE MLADI dostiglo je zavidnu razinu sa čak 250 izložaka – rezultata rada 307 učenika i studenata i njihovih 94 mentora iz 26 osnovnih škola, 19 srednjih i 2 fakulteta.

Učenice 1. razreda Gimnazije Vukovar, Ema Stankoski Hrgović i Lara Šijanović, natjecale su se u kategoriji Srednje škole i za svoj projekt: „Na Teslinoj viziji bežičnog – No wires no problem“ osvojile zlatnu medalju.

Slika 1. Dodjela medalja Lara i Ema

Središnji dio

U godini bežičnog upravljanja i povezivanja, učenice vukovarske gimnazije Ema i Lara izradile su vozila temeljena na Teslinoj razradi uređaja za bežični prijenos signala kojim je genij za budućnost postavio temelje današnjih radio i mobilnih komunikacija te otvorio put razvoju potpuno novih grana elektrotehnike, automatike, daljinskog upravljanja. Vozila kao takva, mogu koristiti djeca s teškoćama u razvoju što ih čini ravnopravnim i aktivnim sudionicima odgojno-obrazovnog procesa koji poštuje njihove potrebe, mogućnosti i sposobnosti.

Radijska povezivost putem NRF24L01 bežičnog modula

NRF24L01 komunikacijski modul, bežični je komunikacijski uređaj koji koristi RF ili radio frekvenciju s mogućnošću rada na 2,4 GHz – 2,5 GHz. Koncipiran je na radijskoj frekvenciji za besplatno korištenje u raznim „open source“ projektima, kao što je Arduino. Sastoji se iz dva dijela: odašiljač i prijemnik. Za upravljanje ovim modulom koristiti se SPI sabirnica, tako da je njegova kontrola s Arduinom vrlo jednostavna. Uz to, podatkovne igle NRF24L01 bez problema podržavaju do 5V. Postoje razni moduli koji se međusobno razlikuju u pomoćnim elementima, primjerice u tipu antene. Tako antena može biti otisnuta na PCB-u u obliku cik-cak dometa od oko 20-30 metara ili može biti vanjska antena s pojačalom od 700 metara do 1 km. Bez obzira o kojoj se vrsti antene radi, stvarni opseg ograničen je čimbenicima poput prepreka na cesti, buke ili smetnje drugih prisutnih elemenata ili signala.

Slika 2. Izgled donje i gornje plohe    Slika 2.1 Spojena gornja i donja ploha

Prilagođeni Jostick dizajniran je tako da se njime upravlja sa svega nekoliko tipki, što omogućava osobama s motoričkim oštećenjem njegovo lakše korištenje, za razliku od korištenja velikog broja malih tipki na zaslonu pametnog telefona. Joystick tako zamjenjuje tipkovnicu i zaslon na dodir smanjujući poteškoće djeci s motoričkim funkcijama, drhtanjem ruku i spazmom.

Slika 3. Priprema Joystick kućišta

Djeca na ovaj način postaju samostalnija i mogu jednostavnije organizirati svoje vrijeme uz igru i zabavu.

Slika 4. Vozilo upravljano NRF24L01 bežičnim modulom i Joystickom

Bluetooth

Za male prijenosne uređaje koristi se BLUETOOTH tip bežične komunikacije između dva ili više uređaja. Za razliku od WI-FI nema enkripcije i domet je vrlo mali, do 10 m, a koristi se visokofrekventni signal u rasponu od 2.4 GHz do 2.48 GHz, uz propusnost od približno 1-2 Mbps. Većina današnjih modernih računala, mobitela, mp3, mp4 player-a i sličnih uređaja imaju mogućnost komunikacije pomoću Bluetooth-a. Jedno od obilježja ove tehnologije je mala antena koja najčešće sliči memorijskom stiku i obično se uključi u USB port računala. Kod prijenosnika antena je ukomponirana u njegovo kućište i sustav se uključuje pritiskom na neku od tipki i na njegov rad obično ukazuje signalna LED dioda koja emitira plavo svijetlo.

HC-05 Bluetooth modul

HC-05 modul, brojnim projektima dodaje dvosmjernu (full-duplex) bežičnu funkcionalnost. Ima dva načina rada, jedan je podatkovni način u kojem može slati i primati podatke od drugih Bluetooth uređaja, a drugi je način naredbe AT u kojem se mogu promijeniti zadane postavke uređaja. Upravljanje uređajem moguće je u oba načina rada korištenjem zaporke za povezivanje. Modul HC-05 vrlo je lako upariti s mikrokontrolerima budući se koristi protokolom za serijski port (SPP).

Korištenje ovog modula za komunikaciju između dvaju mikrokontrolera primjerice Arduino, omogućuje komunikaciju s bilo kojim uređajem koji upotrebljava Bluetooth tehnologiju poput mobilnih uređaja ili laptopa. Na tržištu su dostupne brojne aplikacije za Android i IOS operativne sustave, čime je postupak znatno olakšan. Android aplikacija za ovaj projekt prilagođena je na način kako bi bila što jednostavnija i dostupnija za korištenje djeci s intelektualnim teškoćama.

Upravljanje mobilnom aplikacijom olakšano je budući sadrži slike koje u sebi imaju odgovarajuće simbole navigacije te uz pomoć ovakve vizualizacije djeca s intelektualnim teškoćama jednostavnije upravljaju vozilom. Slike su jednostavne i bez nepotrebnih detalja što djeci s intelektualnim teškoćama predstavlja razumljiv izbor naredbi kojima mogu upravljati vozilom. Ujedno, omogućena je prilagodba zaslona promjenom veličine, zoomiranje zaslona i povećanje slika a može se i prilagoditi svijetlo pametnog uređaja kako bi se ostvario jači kontrast i istaknulo bitno, što olakšava primjenu djeci s oštećenjem vida

Slika 5. Vozilo upravljano Bluetoothom i mobilnom aplikacijom

Bluetooth glasovno upravljanje

Mogućnost upravljanja pametnim telefonom putem glasa olakšalo je brojne aktivnosti, a naročito primjenu bluetooth tehnologije u “open source” projektima. Upravljanje glasom tada nije samo zanimljivi dodatak, ono nas čini i sigurnijima.

Slika 6. Vozilo upravljano Bluetoothom i mobilnom aplikacijom putem glasovnih naredbi

Poznato je da djeca s teškoćama u razvoju mogu ostvariti svoje potencijale ako im omogućimo uvjete i osiguramo pretpostavke za izjednačavanje mogućnosti. Implementacija glasovno-kontroliranog sučelja omogućuje djeci s oštećenjem vida i s dodatnim motoričkim teškoćama olakšano korištenje modernih tehnologija. Glasovno upravljanje vozilom uz mobilnu aplikaciju i zaslon osjetljiv na dodir, benefiti su novih tehnologija koji ovo vozilo čine dostupnim svima onima koji zbog tjelesnih ograničenja do sada u svom svakodnevnom životu nisu mogli koristiti prednosti koje moderne tehnologije nude. Svaka tipka može se podesiti tako da se riječi i fraze izgovaraju na bilo kojem jeziku. Upravo iz tog razloga, ovaj visoko inteligentni robotski auto prilagođen je osobama koje nisu u mogućnosti izgovoriti cijele riječi potrebne za upravljanje. Mobilna aplikacija programirana je kako bi omogućila pokretanje auta samo jednim slovom i to na način kako slijedi: naprijed – N, natrag – S, lijevo – L, desno – E i stop – P.

Zaključak

Na polju elektronike, bežično povezivanje i upravljanje, jedno je od vodećih ostvarenja tijekom zadnjih 25 godina a postignuti rezultati nisu samo važni s znanstvene točke gledišta već i sa aspekta utjecaja na cjelokupno naše društvo. U tehnološki visoko razvijenim zemljama već postoje odgovori na izazove u području pametne mobilnosti a nove paradigme pružaju rješenja u vidu električnih, povezanih i autonomnih vozila.

Slika 7. Vozni park

Kako Ema i Lara aktivno sudjeluju u eTwinning projektu „Pristupačnost digitalne tehnologije osobama s posebnim potrebama“ stvorile su vozila koja zahvaljujući tehnološkim rješenjima mogu koristiti i djeca s teškoćama u razvoju što ih čini ravnopravnim i aktivnim sudionicima odgojno-obrazovnog procesa koji poštuje njihove potrebe, mogućnosti i sposobnosti. Iako je 2021. obilježena socijalnom distancom, bežično povezivanje otvorilo nam je bezgranične mogućnosti a na nama je da ih iskoristimo za dobrobit i pojedinca i društva u cjelini.