Прежде чем перейти к статье, хочу вам представить, экономическую онлайн игру Brave Knights, в которой вы можете играть и зарабатывать. Регистируйтесь, играйте и зарабатывайте!
Хочу поделиться с вами итогами нашей образовательной программы для вузов «IT Академия Samsung» по Интернету вещей. Ежегодный межвузовский финал конкурса проектов в области Интернета вещей является кульминацией учебного года и проводился уже во второй раз. Всего представили 12 проектов в номинациях «Исследование» и «Бизнес и общество». Приятно отметить, что учебный курс «IT Академии» и конкурс на выходе дают проекты, практически применимые в реальной жизни.
В этом году в финале участвовали проекты студентов из 7 ведущих университетов России. Превосходный результат продемонстрировали студенты ЮурГУ (Челябинск), все основные награды уехали туда. Традиционно высокий уровень показали ребята из МФТИ и МИРЭА (вуз-победитель прошлого года и самый многочисленный выпуск по количеству студентов). И наконец, проекты студентов из НГТУ (Новосибирск) были также отмечены по итогам. Среди других финалистов: студенты из ВШЭ, СПбГУ, ТУСУР (Томск).
Но, прежде всего, хочу определить, что мы, команда образовательных проектов Исследовательского центра Samsung, подразумеваем под Интернетом вещей. Что по силам сделать студенту при условии правильного курса и грамотного научного руководства? Какое учебное оборудование годно в настоящий момент?
Интернет вещей, — это способ объединения разрозненных «умных» устройств (вещей) в единую сеть, и налаживание взаимодействия между этими вещами так, чтобы в итоге получать новую пользу/услугу.
Обычно в Интернете вещей рассматривается 4 типа систем, иерархически выстроенных по сложности, где каждый последующий уровень включает в себя предыдущие:
По понятным причинам большинство студенческих проектов «IT Академии Samsung», представленных на финале конкурса учебного трека IoT, были из наиболее простой категории «Мониторинг». Помимо необходимости ориентироваться в широком диапазоне технологий, на выполнение проекта студентам отводился 1 семестр при остающейся нагрузке по другим дисциплинам. Кроме того, большинство студентов выполняли проекты индивидуально, а реализовать системы 2 уровня и выше – это, однозначно, задачка для целого коллектива разработчиков.
Конкурс проходил в два тура. В финал были отобраны 12 лучших проектов, их авторы, выпускники Академии, были приглашены в Москву, где они презентовали свои разработки перед жюри.
В жюри вошли российские эксперты московского Исследовательского центра Samsung, а также представители других компаний:
Слева направо: Татьяна Волкова, Станислав Полонский, Игорь Ежков, Вячеслав Гарбузов, Алексей Корнилов
По мнению участников конкурса, самые сложные вопросы были от Алексея Вадимовича Корнилова, члена консультативного совета Межвузовской программы по технологическому предпринимательству, автора учебного курса по проектированию систем Интернета вещей, организатора первых в России робототехнических соревнований, когда это еще не было мейнстримом. Он прямо-таки вытягивал душу из конкурсантов, задавая неудобные вопросы: «Что является продуктом?» или «Как вы видите себе монетизацию вашего проекта?»
Кто клиент?.. А где вы видите границы системы?.. Как собираетесь масштабировать проект?...
Один из студентов сказал: «мне понравилось, что нас критиковали. Обычно как бывает: приезжаешь на хакатон, что-то программируешь, получаешь приз, и дальше такой думаешь – и что это было?..»
В этой работе измеряется сопротивление изоляции трубопровода и на основании этого делаются выводы о повреждениях и необходимости ремонта. Работа с очень простым, понятным практическим смыслом.
Чтобы понять, в чем суть проекта, смотрите видео Сергея:
Отдельно измеряется сопротивление контура и сопротивление изоляции:
Корпус устройства выглядит так:
А внутри — так:
Архитектура системы:
Железо, используемое в проекте: микроконтроллер STM32F103, LoRa-модуль RAK811, базовая станция LoRaWAN Вега (производится в Новосибирске). Программные средства: сервер Вега IoT, PostgreSQL, сервер приложения Tibbo Aggregate.
Дмитрий просто супер-студент. Мало того, что окончил магистратуру ФАЛТ МФТИ с красным дипломом — кто знает уровень обучения на Физтехе, тот поймет, какие для этого нужны усилия - так ещё и увлекается созданием собственных электронных устройств, ведет YouTube-канал об этом на 13 тысяч подписчиков и играет на электрогитаре.
REMAC — это полностью готовое устройство для удаленного управления компьютером в форм-факторе флэшки, прошедшее тестирование в течение 3 месяцев. Многие гости финала конкурса отметили, что готовы приобрести себе такое устройство, т.к. оно реально необходимо.
Кейс использования такого устройства: если вы уехали в командировку, и вдруг вам понадобилось удаленно включить компьютер, чтобы ваш коллега по офису мог взять оттуда нужный файл. Наверняка у кого-то из читателей была такая фобия при поездке в командировку: «вдруг забуду скопировать презентацию, и придется просить кого-то залогиниться в мой компьютер...» Совсем небезопасно! А тут будет так: REMAC сам вводит пароль, который вы сохранили в системе, и вы общаетесь с этим устройством по Интернету: оно подключается по WiFi к роутеру. Можно запустить удаленную сессию связи с вашим компьютером и самостоятельно послать себе этот файл по почте. А сейчас, ввиду перехода многих компаний на удаленный режим работы, это становится ещё более актуально.
Лично меня поразил уровень исполнения устройства. Всё сделано очень грамотно и на высоком уровне:
Используемые технологии: WiFi-чип ESP8266 (800 строк кода) и микроконтроллер STM32F070F6P6 (500 строк кода). Плата изготавливалась в редакторе Altium Designer.
Видео об устройстве:
Всегда интересно, как складывается судьба проектов впоследствии. С Димой я связалась буквально на днях, и вот что он рассказал: «С окончания конкурса Samsung я отладил некоторые баги в прошивке — выявленные в процессе использования и немного обновил функционал. Ничего кардинального в плане доработок я не делал. Однако на данном этапе я уделяю много времени изучению особенностей производства PCB с монтажом в Китае, переписываюсь с инженерами JLCPCB, PCBWAY, согласую документацию и материалы для производства. Сейчас помимо REMAC я готовлю еще 4 устройства к производству, небольшая партия одного из них уже заказана. Пока все это на уровне эксперимента, но с конечной целью превратить увлечение в собственное дело. В целом разбираюсь с тонкостями производства небольших серии и параллельно изучаю особенности открытия ИП, бухгалтерского учета по УСН и т. п.»
Сергей взял хорошо известный прибор для измерения тепловой энергии – тепловычислитель ВКТ-7 компании «Теплоком», и добавил к нему нечто новое – беспроводную связь по протоколу LoRaWAN — до этого все устройства подключались по «олдскульному» RS-232. Любой инженер знает, как сложно бывает порой разобраться с новым устройством, протоколом, решением. Иногда хочется уже просто сказать: «Лучше сделаю своё!» Поэтому ценность данной работы – в предложении интегрированного решения. Подробнее об этой задаче можно почитать в посте Олега Плотникова из компании «Интерсвязь» — индустриального партнера данного проекта.
Устройство сбора и передачи данных от тепловычислителя получилось такое: отладочная плата на базе микроконтроллера STM32F103, преобразователь интерфейсов UART-RS-232 и приемопередатчик LoRaWAN RAK811
А вся система в целом – такая:
Помимо уже упомянутого тепловычислителя здесь используется базовая станция LoRaWAN Вега, облачный сервер ЛЭРС (расшифровывается как Лаборатория энергоресурсосбережения, компания находится в Хабаровске), PostgreSQL и MS SQL серверы.
Видео работы системы:
В дальнейших планах Сергея — создание промышленного образца УСПД, расширение перечня поддерживаемых тепловычислителей, расширение АСКУТЭ до АСКУЭР.
Всем известны такие приложения, как «Яндекс. Транспорт», показывающее позиции автобусов и трамваев. Но вот незадача: мы по-прежнему не знаем загруженность транспорта.
В Москве и других больших городах, где оплата проезда производится только по электронным картам, пассажиропоток можно считать по платежным транзакциям. Но проблема в том, что оплату пассажиры производят на входе, а где и сколько их вышло – неизвестно. Получается, что у нас нет точной информации, сколько на данный момент едет пассажиров: может быть, автобус набит битком, а может, он пустой? На каких участках маршрута какая загрузка?
Для пассажиров и для развития различных городских систем в целом такая информация может быть очень полезной.
Эту задачу предлагается решить в проекте Никиты Борзых из МИРЭА. На конкурс был представлен прототип устройства, который выглядел как рамка, и в демозоне любой проходящий мог проверить его работу (или как его посчитали :)).
Смотрите демку работы системы:
Никита решал задачу разными способами, проводил эксперименты: с видеокамерой, а также с ультразвуковыми датчиками на рамке. Получилась достаточно громоздкая система. Но понравился сам подход — грамотная апробация разных вариантов и отчет по итогам.
Проект был сделан на следующем инструментарии: Raspberry Pi 3, вебкамера, GPS-трекер, микроконтроллер STM32, WiFi-чип ESP8266, инфракрасные и ультразвуковые датчики, Docker-контейнер, Java-сервер, фронтенд на Angular JS, PostgreSQL.
1 место — Волков Максим (МИРЭА) c проектом «Система контроля свежести продуктов в холодильнике»
Этот проект был сделан в партнёрстве с EISLab, российской компанией по производству газовых сенсоров из Дзержинска (Нижегородская область). Компания разрабатывает газовые сенсоры для экологического мониторинга крупных промышленных производств.
Группа открытых инноваций Исследовательского центра Samsung предложила иной сценарий использования датчика — для контроля уровня аммиака в холодильниках: аммиак выделяется при разложении белковых тел и может служить показателем наличия испорченных продуктов. Система EISLab не была оптимизирована для такой задачи. Требовалась доработка системы, но для такой доработки у компании не было ни компетенций, ни ресурсов. Решили обсудить эту задачу с заинтересованными партнерами IT Академии, преподаватели предложили кандидатуру студента МИРЭА, проходившего обучение по курсу Интернета вещей, который заинтересовался этой задачей.
Первое общение было крайне непростым, взгляд на проблему стартапа и университета никак не пересекался, даже порой казалось, что это было зря затеяно. Однако после очередного круга обсуждения задачи была найдена объединяющая точка зрения, которая соответствовала стратегии Win-Win. Каждый в этом процессе должен был получить что-то свое, ценное именно для него, и решить свои насущные практические задачи.
Университет получал доступ к новейшему датчику, способному показывать реальные значения содержания аммиака в атмосфере, и возможность отработать свое решение на практической задаче. Компания получала возможность не только испытать сенсор практически для принципиально иного use-case, нежели использовала до этого, а именно для бытовой техники, но также сделать это усилиями партнера Samsung, обладающего требуемыми компетенциями, с минимумом затраченных усилий.
Задача данного пилотного проекта была сформулирована следующим образом: Объединить сенсор с микроконтроллером, способным через WiFi передавать данные клиенту – сделать минимальное MVP. То, что WiFi может передавать данные изнутри холодильника, было проверено в первую очередь. А затем необходимо было провести исследования – градуировать показания датчика и вообще понять, насколько он способен улавливать порчу продуктов в условиях низкой температуры.
Датчик – это вот этот металлический цилиндр. Максим сделал для него корпус.
Была сделана несложная, но рабочая система на базе ESP8266. После предварительных измерений оказалось, что точности встроенного в датчик АЦП недостаточно, было решено подключить внешний АЦП ADS1115. Согласно выбранной концепции, данные отправлялись в облако IBM Cloud. Если уровень аммиака превышал заданное пороговое значение, пользователю приходило уведомление о порче продуктов в холодильнике через ВК-бота.
После того как были получены показания датчиков, выяснилось, что обработка сигнала — наиболее сложная задача в данном проекте. Больше всего сил и времени ушло на то, чтобы научиться интерпретировать данные, приходящие с датчика. Поэтому проект из инженерной и IT плоскости плавно перешел в форму исследовательской работы.
Победителем в этой номинации стал Канашев Евгений Александрович, преподаватель кафедры «Автоматика и управление» Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ (Челябинск).
Тут нужно сказать пару слов, почему было решено именно ему присудить победу в этой номинации. С самого нашего первого знакомства по Skype выстроился очень полезный диалог: весь учебный год команда образовательных проектов Исследовательского центра Samsung получала от него активную обратную связь, багфиксы, советы, предложения, идеи. И именно он являлся научным руководителем трех сильных проектов ЮУргУ, вышедших в финал, и, как мы писали, два его студента стали победителями конкурса.
Ниже приведу выдержку из интервью с Евгением Александровичем, взятого после конкурса:
Замечательные проекты, которые были продемонстрированы – у них был конкретный заказчик? Есть ли там перспективы внедрения, сотрудничества с внешними организациями?
— Сергей Кузнецов и Сергей Антонов выгодно отличались среди студентов еще на первом курсе. Соответственно, к ним присматривались. Когда дело дошло до выпускного четвертого курса, искали, к какому потенциальному работодателю их направить. До того, как ребята записались на курс «IT Академии Samsung», я проходил программу обучения преподавателей по этому проекту. В рамках этого тренинга для преподавателей «IT Академии Samsung» обсуждался кейс об адаптивном освещении в компании КРОК. В Челябинске есть представительство КРОК. Я с ними многие годы сотрудничал, штат их сотрудников процентов на 40-50 состоит из выпускников нашей кафедры, а потому сразу по возвращении поинтересовался у них, ведут ли они подобные работы, и вообще интересна ли им тематика IoT, могут ли они способствовать предоставлению промышленного оборудования. Договорились, что если будут заинтересованные студенты - мы вместе сформулируем им учебные задачи, на которых они смогут отработать навыки. Ну а дальше, ребята были направлены в КРОК на практику — звезды сошлись!
Сергей Кузнецов, победитель конкурса – в естественной для себя обстановке
— Конечно же, подобные работы имеют перспективу внедрения, другое дело, что не в чисто таком виде. Во время защиты проектов у нас в ЮУрГУ присутствовали представители компании «Интерсвязь», в частности директор Центра промышленного Интернета Олег Плотников, который заявил, что точно такие же работы ведутся и у них, а потому они готовы ребят прямо сейчас взять к себе на работу.
Не меньший интерес представляют другие проекты, представленные в финале конкурса. Ниже– их краткий обзор:
Когда отборочное жюри знакомилось с проектом «Easy Parking», все в один голос сказали: это актуальная проблема! Судите сами. Поиск места для парковки – это большая головная боль для водителей во многих мегаполисах. Студенты продемонстрировали решение с использованием технологий компьютерного зрения, которое помогало бы водителю искать свободную стоянку.
Ребята продемонстрировали свою техническую компетентность. В дальнейшем, необходимо более глубоко проработать вопросы внедрения и эксплуатации системы в предложенном сценарии применения. Например, кто может быть покупателем такой системы и как будет решаться вопрос установки камер на чужие здания? Также, необходимо решение оптимизационной задачи.
В качестве интерфейса выбрали просто бот в Телеграмме
Этот проект победил в голосовании зрительских симпатий. Небольшой и довольно простой игровой контроллер с акселерометром – очень бюджетная версия Nintendo Wii. Встроенный в мягкую игрушку, он кладется в карман, и ребенок может играть в полезную спортивную игру.
Пример на видео:
Возможно, решающую роль в голосовании сыграло то, что Александр сделал эту игрушку не просто так, а для своей младшей сестры, и сама игра очень красивая и яркая. Хороший пример небольшого, но полностью готового учебного проекта.
Из недостатков проекта: подключение к игре было решено без использования стандартных игровых API, то есть возможности расширения проекта были ограничены только усилиями самого Александра как разработчика игры. Было бы интересно увидеть и другие игры с этим контроллером (например, тот же Flappy Bird).
Александр держит в руках ту самую желтую игрушку-контроллер
Год назад профессор МИЭМ ВШЭ Леонид Сергеевич Восков рассказал об идее студенческого проекта «Умный кампус». Спустя год, этот проект был реализован командой студентов ВШЭ.
Проект представляет собой тщательно воссозданную 3D-модель учебного здания МИЭМ, по которому можно «летать» в VR и смотреть показания датчиков, разложенных по зданию. Проект отличился техническими решениями, будучи заявленным как учебный стенд. Помимо самого решения – сложного программно-аппаратного комплекса, проектная группа предоставила внушительный пакет документации – это очень важно, ведь часто у программистов на это не хватает времени.
В дальнейшем авторам проекта нужно проработать и обучающие сценарии использования.
Артём Пивко показывает «полет» по виртуальному зданию с расставленными сенсорами
Архитектура системы «Умный кампус» и используемые технологии
Не все знают, что отсчитывать крошечные SMD-компоненты для поверхностного монтажа можно автоматически – там на ленте нанесены специальные отверстия, которые используются на промышленном производстве. Константин решил облегчить жизнь тем, кому необходимо использовать компоненты на SMD-лентах в масштабе мелко-серийного производства, разработав дешевое и простое устройство «Чипосчет».
Основной кейс использования — использование Чипосчета на складе/магазине для идентификации компонент по RFID-метке и автоматизации подсчета компонент на SMD-лентах. Это несомненно позволит повысить эффективность работы персонала при работе с такой специфической продукцией. Развитие проекта Константин видит в автоматизации передачи данных с устройства в программы бухгалтерии или ПО для разработок Altium и другие. Отдельно хочется отметить лаконичный дизайн и удобный графический дисплей. Очень симпатичный и законченный проект.
Смотрите видео о проекте:
В прошлом году в Санкт-Петербурге открылся Центр технологий распределенных реестров, и проект студентов СПбГУ был сделан на базе этого центра. ChainBox – это и умная пломба для корабельного контейнера, и умная чемоданная бирка. В проекте используется технология блокчейн – и это тут же вызвало дискуссию и споры на вечную (ну как вечную, уже лет как 10) непрекращающуюся тему – нужен ли блокчейн в данном проекте?.. Если отставить в сторону этот вопрос, то нужно отметить, что прототип сделан грамотно — это защелкивающаяся пломба в корпусе с аккумулятором, ее энергопотребление посчитано, приятно взять в руки.
Распределенный реестр Hyperledger Iroha используется здесь для хранения данных о контейнерах. В нем хранится история событий вида [время, местоположение, статус замка, владелец контейнера], а также текущий статус заказа, ID текущего заказчика, ID поставщика и NFC-ключ для открытия замка. Изменения в распределенный реестр вносятся с помощью транзакций. Их производит либо сам контейнер — при открытии через NFC и при добавлении записей, содержащих информацию о местоположении контейнера. Либо они производятся через веб-интерфейс пользователями: заказчиками и поставщиками при открытии/закрытии замка и изменении информации о контейнере.
Результат работы ChainBox: GPS-трекинг груза
«Умная полка», по задумке, помогает взвешивать и сразу же сохранять в базе данных всё, что угодно: будь то крупа, радиодетали или гайки. Это однозначно один из фаворитов в группе «лучший прототип». Самостоятельно сделан корпус и гравировка, причем аккуратно и качественно.
А я вспомнила, как некоторое время работала на складе радиодеталей. Там была ровно такая потребность: мелкие компоненты отсчитывать руками долго, проще взвесить на электронных весах, а погрешность не столь критична, если детали недорогие. Так вот там у нас были обыкновенные электронные весы, не «умные», приходилось всё вносить в базу вручную. Так что лично мне проект Алексея близок и понятен.
Видеодемонстрация проекта:
Веб-интерфейс пользователя Алексей разработал для новом для себя фреймворке Vue.JS, а серверную часть – на Java с помощью фрэймворка Spring (boot, security, jpa и т.д) + WebSocket (SockJS + Stomp).
Умный датчик – это не только тот, который вовремя выдает показания, но и может оповещать о своей неисправности, периодически проводя сеансы самодиагностики.
Датчик давления и пьезокерамическое кольцо
Самодиагностика датчика давления в общем виде выглядит так: подача импульса напряжения на пьезокерамическое кольцо, анализ выходного сигнала, определение собственных частот колебаний, сравнение опорных частот с полученными, определение состояния.
Проект был выполнен в рамках номинации «Исследование», поскольку Данил изучил и применил метод матричных пучков для оценки параметров сигнала, и в целом разобрался, как такого рода задачи решаются. Проект делался в рамках сотрудничества с открытой в ЮУрГУ Научно-исследовательской лабораторией технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем.
В проекте использовались следующие технологии:
О своих впечатлениях и приобретенном опыте Данил высказался лаконично: «Программировал, паял, читал статьи».
Вот такие у нас были проекты. По сравнению с прошлым годом, прогресс колоссальный, что, в первую очередь, заслуга преподавателей. Роль научного руководителя в проектной деятельности студентов – бесценна. Пошел на пользу опыт, полученный за первый, пилотный год программы. Мы, со своей стороны, выделили важные для успешного учебного процесса моменты и старались помочь нашим партнерским вузам.
Все, кто защищал диссертацию, знают, что самое сложное – это вовсе не сама защита, а именно предзащита: на ней обычно происходят все баталии. У нас получилось что-то аналогичное, мы с моим коллегой Анатолием присутствовали на всех предзащитах и уже на раннем этапе провели ревью проектов и постарались помочь студентам: кому-то подсказали возможности для улучшения, высветили слабые стороны проекта, а где-то даже были ситуации, когда приходилось объяснять, что проект в текущей постановке не подходит под требования для получения Сертификата выпускника IT Академии Samsung. Конкурс осени 2019 года высветил очередные задачи, которые мы решаем в текущем учебном году, процесс усовершенствования нашего учебного курса по Интернету вещей продолжается, и это, я считаю, здорово.
Осенью 2020 года финал конкурса проектов «IT Академии Samsung» пройдет в третий раз. Впервые для рассмотрения жюри будут предоставлены не только проекты по образовательному треку «Интернет вещей», но и ещё по двум новым учебным трекам: «Искусственный интеллект» и «Мобильная разработка». Число вузов-партнеров проекта растет. Конкурсантов будет больше, борьба и интрига усилится!
В заключение – небольшое видео о нашем конкурсе:
И видеоролик с обзором лучших моментов докладов победителей конкурса:
И последнее. Если у вас есть идеи интересных проектов, которые были бы посильны для студентов условно 3 курса технического вуза, и вы готовы ими поделиться – пишите в комментариях или в личку, или нам на почту. Ваши идеи могут понравиться кому-то из наших студентов, и они будут доведены ими до прототипа. А если вы готовы стать менторами в реализации своих идей, это даст студентам еще больше возможностей.
Мы также приглашаем к сотрудничеству организации и постараемся поддержать не только ваши проекты, но и другие задачи. Например, недавно «IT Академия Samsung», совместно с МТС, были партнерами учебного хакатона, проводившегося на радиофаке УрФУ. В качестве объекта управления были предложены две лампы уличного освещения, снабженные NB-IoT сетью. В итоге, «умная лампа» отправляла данные на облачную платформу МТС и все видели, как на графике появляется информация о напряжении, мощности, статусе лампы. Пульт для управления этой лампой преподаватель РТФ Алексей Присяжный, преподаватель РТФ, сделал прямо на месте, из подручных материалов. Как сказал представитель МТС Игорь Геннадьевич Ежков, это была первая лампа в Свердловской области, подключившаяся по NB-IoT.
Среди наших вузов-партнёров по треку IoT на данный момент 16 университетов со всей России, с разной специализацией, включая информационную безопасность (ТУСУР), промавтоматику (ЮУрГУ). Также, среди учащихся «IT Академии Samsung» — студенты аграрного вуза (ВолГАУ) и студенты математики-программисты (СПбГУ).
Пишите, мы открыты к общению!
Татьяна Волкова — Автор учебной программы трека по Интернету вещей «IT Академии Samsung», специалист по программам корпоративной социальной ответственности Исследовательского центра Samsung
В этом году в финале участвовали проекты студентов из 7 ведущих университетов России. Превосходный результат продемонстрировали студенты ЮурГУ (Челябинск), все основные награды уехали туда. Традиционно высокий уровень показали ребята из МФТИ и МИРЭА (вуз-победитель прошлого года и самый многочисленный выпуск по количеству студентов). И наконец, проекты студентов из НГТУ (Новосибирск) были также отмечены по итогам. Среди других финалистов: студенты из ВШЭ, СПбГУ, ТУСУР (Томск).
Но, прежде всего, хочу определить, что мы, команда образовательных проектов Исследовательского центра Samsung, подразумеваем под Интернетом вещей. Что по силам сделать студенту при условии правильного курса и грамотного научного руководства? Какое учебное оборудование годно в настоящий момент?
Интернет вещей, — это способ объединения разрозненных «умных» устройств (вещей) в единую сеть, и налаживание взаимодействия между этими вещами так, чтобы в итоге получать новую пользу/услугу.
Обычно в Интернете вещей рассматривается 4 типа систем, иерархически выстроенных по сложности, где каждый последующий уровень включает в себя предыдущие:
- Только мониторинг
- Мониторинг + управление
- Оптимизация
- Автономное управление
По понятным причинам большинство студенческих проектов «IT Академии Samsung», представленных на финале конкурса учебного трека IoT, были из наиболее простой категории «Мониторинг». Помимо необходимости ориентироваться в широком диапазоне технологий, на выполнение проекта студентам отводился 1 семестр при остающейся нагрузке по другим дисциплинам. Кроме того, большинство студентов выполняли проекты индивидуально, а реализовать системы 2 уровня и выше – это, однозначно, задачка для целого коллектива разработчиков.
Конкурс проходил в два тура. В финал были отобраны 12 лучших проектов, их авторы, выпускники Академии, были приглашены в Москву, где они презентовали свои разработки перед жюри.
Жюри
В жюри вошли российские эксперты московского Исследовательского центра Samsung, а также представители других компаний:
- Председатель жюри – Полонский Станислав Владимирович, начальник управления перспективных исследований и разработок Исследовательского центра Samsung
- Секретарь жюри – Волкова Татьяна Александровна, автор учебной программы по треку Интернета вещей «IT Академии Samsung»
- Гарбузов Вячеслав Владимирович, начальник отдела компиляторов Исследовательского центра Samsung
- Корнилов Алексей Вадимович, член консультативного совета Межвузовской программы по технологическому предпринимательству
- Ежков Игорь Геннадьевич, руководитель направления цифровой трансформации МТС
Слева направо: Татьяна Волкова, Станислав Полонский, Игорь Ежков, Вячеслав Гарбузов, Алексей Корнилов
По мнению участников конкурса, самые сложные вопросы были от Алексея Вадимовича Корнилова, члена консультативного совета Межвузовской программы по технологическому предпринимательству, автора учебного курса по проектированию систем Интернета вещей, организатора первых в России робототехнических соревнований, когда это еще не было мейнстримом. Он прямо-таки вытягивал душу из конкурсантов, задавая неудобные вопросы: «Что является продуктом?» или «Как вы видите себе монетизацию вашего проекта?»
Кто клиент?.. А где вы видите границы системы?.. Как собираетесь масштабировать проект?...
Один из студентов сказал: «мне понравилось, что нас критиковали. Обычно как бывает: приезжаешь на хакатон, что-то программируешь, получаешь приз, и дальше такой думаешь – и что это было?..»
Кто же победил
Абсолютным победителем стал Кузнецов Сергей (ЮУрГУ) и его проект «Контроль состояния изоляции трубопровода».
В этой работе измеряется сопротивление изоляции трубопровода и на основании этого делаются выводы о повреждениях и необходимости ремонта. Работа с очень простым, понятным практическим смыслом.
Чтобы понять, в чем суть проекта, смотрите видео Сергея:
Отдельно измеряется сопротивление контура и сопротивление изоляции:
Корпус устройства выглядит так:
А внутри — так:
Архитектура системы:
Железо, используемое в проекте: микроконтроллер STM32F103, LoRa-модуль RAK811, базовая станция LoRaWAN Вега (производится в Новосибирске). Программные средства: сервер Вега IoT, PostgreSQL, сервер приложения Tibbo Aggregate.
Номинация «Бизнес и общество»
1 место — Карманов Дмитрий (МФТИ) с проектом «Контроллер удаленного доступа REMAC»
Дмитрий просто супер-студент. Мало того, что окончил магистратуру ФАЛТ МФТИ с красным дипломом — кто знает уровень обучения на Физтехе, тот поймет, какие для этого нужны усилия - так ещё и увлекается созданием собственных электронных устройств, ведет YouTube-канал об этом на 13 тысяч подписчиков и играет на электрогитаре. REMAC — это полностью готовое устройство для удаленного управления компьютером в форм-факторе флэшки, прошедшее тестирование в течение 3 месяцев. Многие гости финала конкурса отметили, что готовы приобрести себе такое устройство, т.к. оно реально необходимо.
Кейс использования такого устройства: если вы уехали в командировку, и вдруг вам понадобилось удаленно включить компьютер, чтобы ваш коллега по офису мог взять оттуда нужный файл. Наверняка у кого-то из читателей была такая фобия при поездке в командировку: «вдруг забуду скопировать презентацию, и придется просить кого-то залогиниться в мой компьютер...» Совсем небезопасно! А тут будет так: REMAC сам вводит пароль, который вы сохранили в системе, и вы общаетесь с этим устройством по Интернету: оно подключается по WiFi к роутеру. Можно запустить удаленную сессию связи с вашим компьютером и самостоятельно послать себе этот файл по почте. А сейчас, ввиду перехода многих компаний на удаленный режим работы, это становится ещё более актуально.
Лично меня поразил уровень исполнения устройства. Всё сделано очень грамотно и на высоком уровне:
Используемые технологии: WiFi-чип ESP8266 (800 строк кода) и микроконтроллер STM32F070F6P6 (500 строк кода). Плата изготавливалась в редакторе Altium Designer.
Видео об устройстве:
Всегда интересно, как складывается судьба проектов впоследствии. С Димой я связалась буквально на днях, и вот что он рассказал: «С окончания конкурса Samsung я отладил некоторые баги в прошивке — выявленные в процессе использования и немного обновил функционал. Ничего кардинального в плане доработок я не делал. Однако на данном этапе я уделяю много времени изучению особенностей производства PCB с монтажом в Китае, переписываюсь с инженерами JLCPCB, PCBWAY, согласую документацию и материалы для производства. Сейчас помимо REMAC я готовлю еще 4 устройства к производству, небольшая партия одного из них уже заказана. Пока все это на уровне эксперимента, но с конечной целью превратить увлечение в собственное дело. В целом разбираюсь с тонкостями производства небольших серии и параллельно изучаю особенности открытия ИП, бухгалтерского учета по УСН и т. п.»
2 место — Антонов Сергей (ЮУрГУ) с проектом «Система учета тепловой энергии»
Сергей взял хорошо известный прибор для измерения тепловой энергии – тепловычислитель ВКТ-7 компании «Теплоком», и добавил к нему нечто новое – беспроводную связь по протоколу LoRaWAN — до этого все устройства подключались по «олдскульному» RS-232. Любой инженер знает, как сложно бывает порой разобраться с новым устройством, протоколом, решением. Иногда хочется уже просто сказать: «Лучше сделаю своё!» Поэтому ценность данной работы – в предложении интегрированного решения. Подробнее об этой задаче можно почитать в посте Олега Плотникова из компании «Интерсвязь» — индустриального партнера данного проекта.
Устройство сбора и передачи данных от тепловычислителя получилось такое: отладочная плата на базе микроконтроллера STM32F103, преобразователь интерфейсов UART-RS-232 и приемопередатчик LoRaWAN RAK811
А вся система в целом – такая:
Помимо уже упомянутого тепловычислителя здесь используется базовая станция LoRaWAN Вега, облачный сервер ЛЭРС (расшифровывается как Лаборатория энергоресурсосбережения, компания находится в Хабаровске), PostgreSQL и MS SQL серверы.
Видео работы системы:
В дальнейших планах Сергея — создание промышленного образца УСПД, расширение перечня поддерживаемых тепловычислителей, расширение АСКУТЭ до АСКУЭР.
3 место — Борзых Никита (МИРЭА) с проектом «Информационно-аналитическая система подсчёта пассажиропотока»
Всем известны такие приложения, как «Яндекс. Транспорт», показывающее позиции автобусов и трамваев. Но вот незадача: мы по-прежнему не знаем загруженность транспорта. В Москве и других больших городах, где оплата проезда производится только по электронным картам, пассажиропоток можно считать по платежным транзакциям. Но проблема в том, что оплату пассажиры производят на входе, а где и сколько их вышло – неизвестно. Получается, что у нас нет точной информации, сколько на данный момент едет пассажиров: может быть, автобус набит битком, а может, он пустой? На каких участках маршрута какая загрузка?
Для пассажиров и для развития различных городских систем в целом такая информация может быть очень полезной.
Эту задачу предлагается решить в проекте Никиты Борзых из МИРЭА. На конкурс был представлен прототип устройства, который выглядел как рамка, и в демозоне любой проходящий мог проверить его работу (или как его посчитали :)).
Смотрите демку работы системы:
Никита решал задачу разными способами, проводил эксперименты: с видеокамерой, а также с ультразвуковыми датчиками на рамке. Получилась достаточно громоздкая система. Но понравился сам подход — грамотная апробация разных вариантов и отчет по итогам.
Проект был сделан на следующем инструментарии: Raspberry Pi 3, вебкамера, GPS-трекер, микроконтроллер STM32, WiFi-чип ESP8266, инфракрасные и ультразвуковые датчики, Docker-контейнер, Java-сервер, фронтенд на Angular JS, PostgreSQL.
Номинация «Исследование»
1 место — Волков Максим (МИРЭА) c проектом «Система контроля свежести продуктов в холодильнике»Этот проект был сделан в партнёрстве с EISLab, российской компанией по производству газовых сенсоров из Дзержинска (Нижегородская область). Компания разрабатывает газовые сенсоры для экологического мониторинга крупных промышленных производств.
Группа открытых инноваций Исследовательского центра Samsung предложила иной сценарий использования датчика — для контроля уровня аммиака в холодильниках: аммиак выделяется при разложении белковых тел и может служить показателем наличия испорченных продуктов. Система EISLab не была оптимизирована для такой задачи. Требовалась доработка системы, но для такой доработки у компании не было ни компетенций, ни ресурсов. Решили обсудить эту задачу с заинтересованными партнерами IT Академии, преподаватели предложили кандидатуру студента МИРЭА, проходившего обучение по курсу Интернета вещей, который заинтересовался этой задачей.
Первое общение было крайне непростым, взгляд на проблему стартапа и университета никак не пересекался, даже порой казалось, что это было зря затеяно. Однако после очередного круга обсуждения задачи была найдена объединяющая точка зрения, которая соответствовала стратегии Win-Win. Каждый в этом процессе должен был получить что-то свое, ценное именно для него, и решить свои насущные практические задачи.
Университет получал доступ к новейшему датчику, способному показывать реальные значения содержания аммиака в атмосфере, и возможность отработать свое решение на практической задаче. Компания получала возможность не только испытать сенсор практически для принципиально иного use-case, нежели использовала до этого, а именно для бытовой техники, но также сделать это усилиями партнера Samsung, обладающего требуемыми компетенциями, с минимумом затраченных усилий.
Задача данного пилотного проекта была сформулирована следующим образом: Объединить сенсор с микроконтроллером, способным через WiFi передавать данные клиенту – сделать минимальное MVP. То, что WiFi может передавать данные изнутри холодильника, было проверено в первую очередь. А затем необходимо было провести исследования – градуировать показания датчика и вообще понять, насколько он способен улавливать порчу продуктов в условиях низкой температуры.
Датчик – это вот этот металлический цилиндр. Максим сделал для него корпус.
Была сделана несложная, но рабочая система на базе ESP8266. После предварительных измерений оказалось, что точности встроенного в датчик АЦП недостаточно, было решено подключить внешний АЦП ADS1115. Согласно выбранной концепции, данные отправлялись в облако IBM Cloud. Если уровень аммиака превышал заданное пороговое значение, пользователю приходило уведомление о порче продуктов в холодильнике через ВК-бота.
После того как были получены показания датчиков, выяснилось, что обработка сигнала — наиболее сложная задача в данном проекте. Больше всего сил и времени ушло на то, чтобы научиться интерпретировать данные, приходящие с датчика. Поэтому проект из инженерной и IT плоскости плавно перешел в форму исследовательской работы.
Номинация «Преподаватель года»
Победителем в этой номинации стал Канашев Евгений Александрович, преподаватель кафедры «Автоматика и управление» Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ (Челябинск).
Тут нужно сказать пару слов, почему было решено именно ему присудить победу в этой номинации. С самого нашего первого знакомства по Skype выстроился очень полезный диалог: весь учебный год команда образовательных проектов Исследовательского центра Samsung получала от него активную обратную связь, багфиксы, советы, предложения, идеи. И именно он являлся научным руководителем трех сильных проектов ЮУргУ, вышедших в финал, и, как мы писали, два его студента стали победителями конкурса.
Ниже приведу выдержку из интервью с Евгением Александровичем, взятого после конкурса:
Замечательные проекты, которые были продемонстрированы – у них был конкретный заказчик? Есть ли там перспективы внедрения, сотрудничества с внешними организациями?
— Сергей Кузнецов и Сергей Антонов выгодно отличались среди студентов еще на первом курсе. Соответственно, к ним присматривались. Когда дело дошло до выпускного четвертого курса, искали, к какому потенциальному работодателю их направить. До того, как ребята записались на курс «IT Академии Samsung», я проходил программу обучения преподавателей по этому проекту. В рамках этого тренинга для преподавателей «IT Академии Samsung» обсуждался кейс об адаптивном освещении в компании КРОК. В Челябинске есть представительство КРОК. Я с ними многие годы сотрудничал, штат их сотрудников процентов на 40-50 состоит из выпускников нашей кафедры, а потому сразу по возвращении поинтересовался у них, ведут ли они подобные работы, и вообще интересна ли им тематика IoT, могут ли они способствовать предоставлению промышленного оборудования. Договорились, что если будут заинтересованные студенты - мы вместе сформулируем им учебные задачи, на которых они смогут отработать навыки. Ну а дальше, ребята были направлены в КРОК на практику — звезды сошлись!
Сергей Кузнецов, победитель конкурса – в естественной для себя обстановке
— Конечно же, подобные работы имеют перспективу внедрения, другое дело, что не в чисто таком виде. Во время защиты проектов у нас в ЮУрГУ присутствовали представители компании «Интерсвязь», в частности директор Центра промышленного Интернета Олег Плотников, который заявил, что точно такие же работы ведутся и у них, а потому они готовы ребят прямо сейчас взять к себе на работу.
Другие проекты, представленные в финале конкурса
Не меньший интерес представляют другие проекты, представленные в финале конкурса. Ниже– их краткий обзор:
Концов Артем, Кудрявцев Денис (ТУСУР), проект «Easy Parking»
Когда отборочное жюри знакомилось с проектом «Easy Parking», все в один голос сказали: это актуальная проблема! Судите сами. Поиск места для парковки – это большая головная боль для водителей во многих мегаполисах. Студенты продемонстрировали решение с использованием технологий компьютерного зрения, которое помогало бы водителю искать свободную стоянку.
Ребята продемонстрировали свою техническую компетентность. В дальнейшем, необходимо более глубоко проработать вопросы внедрения и эксплуатации системы в предложенном сценарии применения. Например, кто может быть покупателем такой системы и как будет решаться вопрос установки камер на чужие здания? Также, необходимо решение оптимизационной задачи.
В качестве интерфейса выбрали просто бот в Телеграмме
Александр Карауш (НГТУ), проект «Соревновательная игра с физической активностью»
Этот проект победил в голосовании зрительских симпатий. Небольшой и довольно простой игровой контроллер с акселерометром – очень бюджетная версия Nintendo Wii. Встроенный в мягкую игрушку, он кладется в карман, и ребенок может играть в полезную спортивную игру.
Пример на видео:
Возможно, решающую роль в голосовании сыграло то, что Александр сделал эту игрушку не просто так, а для своей младшей сестры, и сама игра очень красивая и яркая. Хороший пример небольшого, но полностью готового учебного проекта.
Из недостатков проекта: подключение к игре было решено без использования стандартных игровых API, то есть возможности расширения проекта были ограничены только усилиями самого Александра как разработчика игры. Было бы интересно увидеть и другие игры с этим контроллером (например, тот же Flappy Bird).
Александр держит в руках ту самую желтую игрушку-контроллер
Пивко Артём, Бобков Иван, Денисова Мария (ВШЭ), проект «Умный кампус»
Год назад профессор МИЭМ ВШЭ Леонид Сергеевич Восков рассказал об идее студенческого проекта «Умный кампус». Спустя год, этот проект был реализован командой студентов ВШЭ.
Проект представляет собой тщательно воссозданную 3D-модель учебного здания МИЭМ, по которому можно «летать» в VR и смотреть показания датчиков, разложенных по зданию. Проект отличился техническими решениями, будучи заявленным как учебный стенд. Помимо самого решения – сложного программно-аппаратного комплекса, проектная группа предоставила внушительный пакет документации – это очень важно, ведь часто у программистов на это не хватает времени.
В дальнейшем авторам проекта нужно проработать и обучающие сценарии использования.
Артём Пивко показывает «полет» по виртуальному зданию с расставленными сенсорами
Архитектура системы «Умный кампус» и используемые технологии
Константин Морозов (НГТУ), проект «Чипосчет»
Не все знают, что отсчитывать крошечные SMD-компоненты для поверхностного монтажа можно автоматически – там на ленте нанесены специальные отверстия, которые используются на промышленном производстве. Константин решил облегчить жизнь тем, кому необходимо использовать компоненты на SMD-лентах в масштабе мелко-серийного производства, разработав дешевое и простое устройство «Чипосчет».
Основной кейс использования — использование Чипосчета на складе/магазине для идентификации компонент по RFID-метке и автоматизации подсчета компонент на SMD-лентах. Это несомненно позволит повысить эффективность работы персонала при работе с такой специфической продукцией. Развитие проекта Константин видит в автоматизации передачи данных с устройства в программы бухгалтерии или ПО для разработок Altium и другие. Отдельно хочется отметить лаконичный дизайн и удобный графический дисплей. Очень симпатичный и законченный проект.
Смотрите видео о проекте:
Дмитрий Селиванов, Екатерина Павлова, Михаил Петров (СПбГУ), проект «ChainBox»
В прошлом году в Санкт-Петербурге открылся Центр технологий распределенных реестров, и проект студентов СПбГУ был сделан на базе этого центра. ChainBox – это и умная пломба для корабельного контейнера, и умная чемоданная бирка. В проекте используется технология блокчейн – и это тут же вызвало дискуссию и споры на вечную (ну как вечную, уже лет как 10) непрекращающуюся тему – нужен ли блокчейн в данном проекте?.. Если отставить в сторону этот вопрос, то нужно отметить, что прототип сделан грамотно — это защелкивающаяся пломба в корпусе с аккумулятором, ее энергопотребление посчитано, приятно взять в руки.
Распределенный реестр Hyperledger Iroha используется здесь для хранения данных о контейнерах. В нем хранится история событий вида [время, местоположение, статус замка, владелец контейнера], а также текущий статус заказа, ID текущего заказчика, ID поставщика и NFC-ключ для открытия замка. Изменения в распределенный реестр вносятся с помощью транзакций. Их производит либо сам контейнер — при открытии через NFC и при добавлении записей, содержащих информацию о местоположении контейнера. Либо они производятся через веб-интерфейс пользователями: заказчиками и поставщиками при открытии/закрытии замка и изменении информации о контейнере.
Результат работы ChainBox: GPS-трекинг груза
Алексей Латыш (НГТУ), проект «Умная полка»
«Умная полка», по задумке, помогает взвешивать и сразу же сохранять в базе данных всё, что угодно: будь то крупа, радиодетали или гайки. Это однозначно один из фаворитов в группе «лучший прототип». Самостоятельно сделан корпус и гравировка, причем аккуратно и качественно.
А я вспомнила, как некоторое время работала на складе радиодеталей. Там была ровно такая потребность: мелкие компоненты отсчитывать руками долго, проще взвесить на электронных весах, а погрешность не столь критична, если детали недорогие. Так вот там у нас были обыкновенные электронные весы, не «умные», приходилось всё вносить в базу вручную. Так что лично мне проект Алексея близок и понятен.
Видеодемонстрация проекта:
Веб-интерфейс пользователя Алексей разработал для новом для себя фреймворке Vue.JS, а серверную часть – на Java с помощью фрэймворка Spring (boot, security, jpa и т.д) + WebSocket (SockJS + Stomp).
Данил Салов (ЮУрГУ), проект «Самодиагностика датчика давления»
Умный датчик – это не только тот, который вовремя выдает показания, но и может оповещать о своей неисправности, периодически проводя сеансы самодиагностики.
Датчик давления и пьезокерамическое кольцо
Самодиагностика датчика давления в общем виде выглядит так: подача импульса напряжения на пьезокерамическое кольцо, анализ выходного сигнала, определение собственных частот колебаний, сравнение опорных частот с полученными, определение состояния.
Проект был выполнен в рамках номинации «Исследование», поскольку Данил изучил и применил метод матричных пучков для оценки параметров сигнала, и в целом разобрался, как такого рода задачи решаются. Проект делался в рамках сотрудничества с открытой в ЮУрГУ Научно-исследовательской лабораторией технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем.
В проекте использовались следующие технологии:
О своих впечатлениях и приобретенном опыте Данил высказался лаконично: «Программировал, паял, читал статьи».
Заключение
Вот такие у нас были проекты. По сравнению с прошлым годом, прогресс колоссальный, что, в первую очередь, заслуга преподавателей. Роль научного руководителя в проектной деятельности студентов – бесценна. Пошел на пользу опыт, полученный за первый, пилотный год программы. Мы, со своей стороны, выделили важные для успешного учебного процесса моменты и старались помочь нашим партнерским вузам.
Все, кто защищал диссертацию, знают, что самое сложное – это вовсе не сама защита, а именно предзащита: на ней обычно происходят все баталии. У нас получилось что-то аналогичное, мы с моим коллегой Анатолием присутствовали на всех предзащитах и уже на раннем этапе провели ревью проектов и постарались помочь студентам: кому-то подсказали возможности для улучшения, высветили слабые стороны проекта, а где-то даже были ситуации, когда приходилось объяснять, что проект в текущей постановке не подходит под требования для получения Сертификата выпускника IT Академии Samsung. Конкурс осени 2019 года высветил очередные задачи, которые мы решаем в текущем учебном году, процесс усовершенствования нашего учебного курса по Интернету вещей продолжается, и это, я считаю, здорово.
Осенью 2020 года финал конкурса проектов «IT Академии Samsung» пройдет в третий раз. Впервые для рассмотрения жюри будут предоставлены не только проекты по образовательному треку «Интернет вещей», но и ещё по двум новым учебным трекам: «Искусственный интеллект» и «Мобильная разработка». Число вузов-партнеров проекта растет. Конкурсантов будет больше, борьба и интрига усилится!
В заключение – небольшое видео о нашем конкурсе:
И видеоролик с обзором лучших моментов докладов победителей конкурса:
И последнее. Если у вас есть идеи интересных проектов, которые были бы посильны для студентов условно 3 курса технического вуза, и вы готовы ими поделиться – пишите в комментариях или в личку, или нам на почту. Ваши идеи могут понравиться кому-то из наших студентов, и они будут доведены ими до прототипа. А если вы готовы стать менторами в реализации своих идей, это даст студентам еще больше возможностей.
Мы также приглашаем к сотрудничеству организации и постараемся поддержать не только ваши проекты, но и другие задачи. Например, недавно «IT Академия Samsung», совместно с МТС, были партнерами учебного хакатона, проводившегося на радиофаке УрФУ. В качестве объекта управления были предложены две лампы уличного освещения, снабженные NB-IoT сетью. В итоге, «умная лампа» отправляла данные на облачную платформу МТС и все видели, как на графике появляется информация о напряжении, мощности, статусе лампы. Пульт для управления этой лампой преподаватель РТФ Алексей Присяжный, преподаватель РТФ, сделал прямо на месте, из подручных материалов. Как сказал представитель МТС Игорь Геннадьевич Ежков, это была первая лампа в Свердловской области, подключившаяся по NB-IoT.
Среди наших вузов-партнёров по треку IoT на данный момент 16 университетов со всей России, с разной специализацией, включая информационную безопасность (ТУСУР), промавтоматику (ЮУрГУ). Также, среди учащихся «IT Академии Samsung» — студенты аграрного вуза (ВолГАУ) и студенты математики-программисты (СПбГУ).
Пишите, мы открыты к общению!
Татьяна Волкова — Автор учебной программы трека по Интернету вещей «IT Академии Samsung», специалист по программам корпоративной социальной ответственности Исследовательского центра Samsung
