Quantum Robotics. Din laboratorul de robotică al unui liceu, pe primul loc în competiții29 min read

Echipa Liceului Teoretic Internațional de Informatică București (ICHB), Quantum Robotics, a câștigat a V-a ediție a campionatului de robotică pentru licee BRD First Tech Challenge România. Am vorbit cu o parte dintre elevi despre cum au creat un robot competitiv. 

Ultimele zile din august au adus vreme ceva mai respirabilă. Nu însă și la Sala Polivalentă din Capitală, unde atmosfera (și circuitele roboților) s-au încins destul de tare. Aici a avut loc campionatul național de robotică BRD First Tech Challenge România, organizat de Asociația Nație Prin Educație, cea care a adus concursul în țară. 

First Tech Challenge (FTC) este o competiție de robotică cu tradiție în SUA, care se adresează elevilor și care presupune proiectarea, construirea și programarea unui robot. În România, competiția se desfășoară din anul 2016 și până acum au participat la ea 200 de echipe și 3.000 de elevi de liceu.

Anul acesta, echipa care a ocupat primul loc în clasamentul final a fost Quantum Robotics. A avut ca adversari alte 24 de echipe de elevi de liceu, pasionați, cu toții, de tehnologie și educație STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics). 

Alcătuită din 12 membri interesați, în principal, de inginerie mecanică și programare, echipa Quantum Robotics a obținut locul întâi atât după meciurile de calificare, cât și după finale. 

CITEȘTE ȘI: Ce caută roboții în biblioteca sătească?

Astfel, Quantum Robotics a reușit să câștige atât competiția de pe terenul de joc al roboților – Winning Alliance Award –, cât și premiul cel mare – Inspire Award –, acordat pentru toată activitatea din timpul sezonului 2020-2021. 

Este prima ediție în care o singură echipă câștigă ambele premii mari din competiție.

Foto: Nație Prin Educație

„Robotica unește România”

În tribunele Sălii Polivalente nu au fost mulți susținători, dar au fost unii foarte entuziasmați. Pe o pancartă albă, câțiva tineri au scris în grabă, cu marker negru: „Robotica unește România”. 

Bine, poate că nu chiar toată România, dar cu siguranță pe membrii echipelor de elevi care, înainte de fiecare competiție, au petrecut ore întregi în laboratoarele unde gândesc și construiesc roboți. „Uneori, se întâmplă să și dormim în laborator. Dar venim de plăcere, nu ne obligă nimeni să facem ceva ce nu ne place”, spune Eliza Constantinescu, team leader-ul Quantum Robotics. 

CITEȘTE ȘI: (Aproape) totul despre roboți

Competiția de anul acesta s-a întins pe două zile. În prima parte au fost programate interviurile cu jurații. Echipele au explicat cum au proiectat și construit roboții, conform temei din acest an, Ultimate Goal, precum și toată activitatea din acest sezon. 

Tema competiției se schimbă anual. Cea din sezonului 2020-2021, numită Ultimate Goal, a fost inspirată din sport și lansată în septembrie 2020.

Provocarea de anul acesta a fost lansarea de către roboți a unor inele la diferite nivele, fiecare nivel având un punctaj diferit. Robotul este condus în teren de doi șoferi, iar fiecare meci în teren durează 2 minute și 30 de secunde și este alcătuit din trei părți: timp de 30 de secunde, robotul are autonomie și trebuie să ia propriile decizii, iar în următoarele două minute este telecomandat. 

Ultimele 30 de secunde din perioada de telecomandare se numesc „end game”, timp în care robotul trebuie să transporte două elemente de joc voluminoase în afara terenului și să țintească trei obiecte subțiri. Îndeplinirea tuturor misiunilor aduce robotului punctajul maxim și urcarea în clasament.

Quantum Robotics a ieșit câștigătoare la proba interviului. Juriul a acordat Premiul 1, Inspire, pentru felul în care liceenii s-au organizat în construcția robotului și pentru că pe parcursul jurizării au prezentat cea mai convingătoare și mai detaliată documentație tehnică. 

Au urmat competițiile în teren. Meciurile se dispută în alianțe: două echipe în alianța albastră, alte două în alianța roșie și patru roboți pe un teren specific de joc. Quantum Robotics s-a calificat în finală de pe primul loc, cu un punctaj de 2188 de puncte.

Echipa Quantum Robotics

Visul american

Din 12 membri, câți numără în prezent Quantum Robotics, doar două sunt fete. Una dintre ele, Eliza Constantinescu, este și team leader-ul echipei și se comportă și vorbește ca atare. Își găsește cu ușurință cuvintele și știe să explice simplu și, cumva, atractiv, lucruri cât se poate de abstracte, ca asamblarea unui robot. Trece în clasa a XII-a și pe contul de LinkedIn se descrie ca o persoană cu inițiativă, capabilă să lucreze sub presiune și termene limită. Eu aș adăuga și că știe să aprecieze și să pună în valoare fiecare membru al echipei. 

„Am ales numele echipei în urma unui brainstorming”, spune Eliza. „Quantum Robotics s-a înființat în 2017, când un fost coleg de-al nostru, care acum ne este și mentor, s-a mutat în ICHB și, pentru că avea deja experiență cu FTC-ul de la o altă echipă de robotică, și-a dorit să pornească el însuși una. A adunat un grup de cinci elevi olimpici la diferite materii, s-au întâlnit și au început să lucreze. În timp, s-au strâns din ce în ce mai mulți, până au ajuns la un număr de 15. În primul lor an au reușit să ajungă la mondiala acestui concurs, care are loc la Detroit, în Statele Unite.” 

În ultimii patru ani, echipa a participat la competițiile de robotică First Tech Challenge organizate în România, dar și la concursuri internaționale în diverse țări, ca SUA, Rusia, Coreea de Sud sau Canada, unde au câștigat mai multe premii.

Eliza își amintește cum, în urmă cu doi ani, când au mers în Rusia, la etapa regională susținută la Sankt Petersburg, unde au și câștigat locul al II-lea la categoria Inspire, organizatorii au spus și câteva cuvinte în română, atunci când le-au înmânat premiul. „A fost foarte frumos, ne-am simțit apreciați.” 

Însă participarea consecutivă, doi ani la rând, la Campionatul Mondial de la Detroit, este cea mai mare realizare a echipei. „Aum doi ani, la Detroit, am fost nominalizați la premiul Motivate. Am fost prima echipă românească nominalizată la un premiu la Detroit”, spune Eliza.

De altfel, acest campionat este recunoscut la nivel mondial ca fiind cel mai important program de implicare multidisciplinară STEM din lume. Concret, liceenii care se înscriu pot aplica concepte integrate pentru rezolvarea unor problemelor complexe de robotică, dar își dezvoltă și abilitățile de lucru în echipă și dorința de a-i ajuta pe ceilalți prin activități de mentorat și voluntariat. 

Robotul creat de liceeni. Foto: Nație Prin Educație

Roboții din laboratorul de la subsolul liceului

Quantum Robotics își desfășoară activitatea într-un laborator de robotică din incinta liceului. „Echipa noastră este structurată în patru departamente – PR & marketing, programming, hardware și 3D printing”, spune Eliza. „Avem cinci îndrumători, dintre care doi sunt alumni de anul acesta, au terminat liceul la care învățăm și noi. Ei au fost fondatorii echipei și, chiar dacă acum sunt la facultate, au continuat să se implice în program, pentru că a însemnat foarte mult pentru ei. Ceilalți trei îndrumători sunt adulți, unul dintre ei este chiar tatăl unuia dintre fondatori, iar ceilalți doi sunt profesori la liceul nostru, unul de informatică și celălalt de fizică.”

Elevii sunt susținuți cu tot ce au nevoie, însă, în același timp, Eliza spune că mentorii nu se implică în deciziile finale – acestea le aparțin liceenilor. 

Din echipă face parte și Alexandru Radu, care trece clasa a XI-a și lucrează în departamentele de hardware și programare. „În principal, mă ocup de designul și asamblarea robotului cu care ne jucăm pe teren”, spune el. Eliza completează: „Și, cel mai important, site-ul actual al echipei este conceput aproape în totalitate de Alex”. Poți vedea cum arată, aici: qrobotics.eu 

Cezar Mitrea, clasa a XII-a, este responsabil cu departamentul de hardware, unde se ocupă de asamblarea și proiectarea robotului în programe 3D. „Mai ajut și pe la PR și pe unde e nevoie.”

David Bihan este și el în ultimul an de liceu. „Fac parte tot din departamentele tehnice, unde, împreună cu ceilalți colegi, încercăm să menținem imprimantele funcționale tot timpul, să fie rapide și eficiente, când e nevoie de-o piesă s-o scoată repede.”

Eliza spune că laboratorul este bine dotat. „Am fost susținuți și de liceu, dar și de sponsori. Nu e un spațiu mare, nu e ceva foarte inovativ, dar este fix ce-avem nevoie. De la imprimantele 3D, la șurubelnițe simple, o bormașină liniară, multe laptopuri, un server, găsești în el tot ce ai nevoie.” Plus câteva piese de rezervă, foarte multe materiale din lemn, plastic, metal. 

„Și, bineînțeles, roboții din anii trecuți, pe care îi păstrăm”, adaugă Alex. „Stau într-un dulap toți, unul lângă altul, ca la o mică expoziție. În afară de cazul în care trebuie să mai luăm o piesă, două de pe ei, rămân intacți”, completează David. 

Premiile câștigate la finalul lunii august în cadrul competiției BRD First Tech Challenge România. Foto: Nație Prin Educație

Cum se creează un robot?

Construcția robotului este bazată pe un kit format din piese metalice și/sau plastic, din care se creează structura și sistemul de angrenare, împreună cu diferite piese electronice (senzori, sisteme de control, cameră video), toate acestea puse în mișcare de un dispozitiv bazat pe un sistem de operare Android și programat cu ajutorul Java. 

Totul începe cu discuții. Multe discuții. „Analizăm ideile fiecăruia dintre noi și felul în care ar trebui puse în aplicare, apoi le transformăm în desene pe tablă, să ne putem face o idee despre cum am vrea să arate robotul, subsistemele lui”, explică David. „Împărțim subsistemele pe oameni și începe lucrul individual la câte o parte din proiect. Fiecare prototipează pe sistemul lui, apoi vedem cum merg și le ajustăm, astfel încât să funcționeze corect împreună.” 

Însă roboții, ca și oamenii, sunt supuși greșelilor. Așa că trebuie îmbunătățiți. „Ne-apucăm de lucru toamna, în septembrie, atunci când aflăm tema nouă dintr-un sezon”, sunt Eliza. „Începem să lucrăm imediat, până la prima competiție, care are loc în decembrie. Apoi, de la o competiție la alta, robotul și, implicit, caietul tehnic se upgradează, până ajungem la competiția finală, etapa mondială de la Detroit, acolo unde venim cu forma finală a tuturor roboților.”

Deși concursurile de acest tip au un scop educațional, cu anumite modificări, nu foarte mari, roboții pe care-i construiesc elevii ar putea fi utilizați în diferite industrii. 

De exemplu, robotul de anul trecut, care trebuia să care niște cuburi ca de lego, doar că mult mai mari, ar putea fi folosit în spitale, să transporte cutii cu măști de protecție, dezinfectante sau medicamente și să le ducă la pacienții din camere. „Toți roboții pe care-i construim noi, cu anumite modificări, ar putea ajuta comunitatea din jurul nostru” spune Eliza. 

Quantum Robotics. Foto: Nație Prin Educație

Roboții știu să opereze, dar nu știu să psihanalizeze

Alex crede că, pe viitor, robotica va fi aplicată în orice domeniu și va putea optimiza aproape orice activitate, de la un job simplu, până la unul complicat. „Cred că roboții pot asista și ajuta oamenii, mai degrabă decât să-i înlocuiască”, spune el. 

CITEȘTE ȘI: Etică și AI. Putem avea încredere în roboți?

David subliniază rolul esențial al roboților în medicină, pe care ar putea s-o îmbunătățească mult, mai ales în operațiile complicate, care durează ore în șir și unde munca doctorilor este intensă și extenunantă.

De altfel, acum doi ani, când au câștigat un premiu, echipa a fost invitată la Atena, unde au putut interacționa cu un robot Da Vinci.Detalii, aici: wikipedia.org „A fost spectaculos să văd un robot care operează un om, l-am putut și controla, ne-am putut juca cu manetele, a fost minunat”, își amintește Eliza. 

CITEȘTE ȘI: Cum sunt folosiți roboții în medicină?

„Era un robot complex, ne-au pus în simulatoare ca și cum am fi fost doctori, am făcut teste de control, a fost distractiv, dar, în același timp, am văzut și o operație în timp real, iar un medic stătea lângă noi și ne explica ce se întâmplă”, adaugă Cezar.  

Există și destule domenii în care oamenii nu ar putea fi înlocuiți de roboți, crede Alex. „Primul exemplu care-mi vine în minte este psihologia”, spune el. „Un robot, oricât de deștept ar putea să ajungă cu ajutorul AI-ului sau al altor tipuri de programare, nu va fi capabil niciodată să simtă emoții și să înțeleagă perfect un om. Așa cum nici oamenii nu sunt capabili să înțeleagă perfect alți oameni, dar măcar ajung destul de aproape.”

Cezar e de părere că roboții ies pe minus în domeniile sociale și umaniste. „Nu aș vedea vreodată un robot care să ajungă profesor, pentru că un profesor trebuie să facă în așa fel încât toată lumea să înțeleagă”, crede el. „Dacă robotul ar da același răspuns unor elevi diferiți, nu cred că ar fi eficient. Și nu ar fi cel mai frumos lucru pentru copii.”

Quantum Robotics, pe podium. Foto: Nație Prin Educație.

Roboți zâmbitori

„We. Make. Smiling robots” este sloganul care apare pe pagina principală a site-ului Quantum Robotics, iar Alex spune că se referă la faptul că fiecare robot pe care-l construiesc zâmbește. „De multe ori când vezi o persoană care zâmbește îți vine să zâmbești, așa și noi, încercăm să dăm mai departe pozitivitatea, să facem lumea fericită”, spune el (cu un zâmbet mare pe buze). 

Un alt slogan al echipei este „Winning is temporary, learning is forever” ( „Câștigul este temporar, învățarea este pentru totdeauna”). „Ce am învățat pe parcursul acestor ani este faptul că mai puțin contează dacă ai câștigat o competiție”, spune Eliza. „Este mai important ce ai învățat acolo. Chiar anul acesta am participat la o competiție importantă din America, Maryland Invitational Tournament. Nu ne-a adus un premiu notabil, dar lucrurile pe care le-am învățat acolo ne-au ajutat să câștigăm campionatul național, pentru că am știut ce trebuie modificat, atât la robot, cât și la modul în care lucrează echipa noastră.”

„De fapt, roboții ne mai învață ceva: că munca nu va merge mereu cum am plănuit și că se pot întâmpla și greșeli, dar care pot fi rezolvate cu destulă muncă și efort”, adaugă Cezar. 

Quantum Robotics, în timpul competiției. Foto: Nație Prin Educaie.

STEM în școli

În 2019, echipa a inițiat și dezvoltat programul STEM in Schools, prin care au promovat educația STEM în locuri și comunități defavorizate din România. Au reușit să ajungă în peste 30 de instituții de învățământ și la peste 3.000 de elevi din București și din împrejurimi. 

De fiecare dată când echipa își susține programele, copiii sunt foarte entuziasmați. Întotdeauna, la finalul prezentărilor, cer să se joace cu roboții și să-i controleze. 

„De multe ori, ne întreabă cât de greu e ce facem noi, dacă ar putea să facă și ei asta”, spune Eliza. „Încercăm să le explicăm în detaliu, ca să înțeleagă cât mai bine, și să le dăm răspunsuri care i-ar putea atrage spre o astfel de competiție”. 

„De altfel, am și reușit să facem asta – anul viitor, vom deschide o echipă de FTC la Turceni”, completează ea. „Și, da, mă emoționez atunci când văd cum 30 de copii dintr-o clasă sunt nerăbdători să prindă un loc în față la controlul robotului. Îmi place să-i văd interesați de un domeniu atât de important, pe viitor, pentru toată lumea.”