Продукты технологического суверенитета

Описание продуктов технологического суверенитета, созданных Ассоциацией участников технологических кружков в 2023 году.

1. Национальная киберфизическая платформа «Берлога»

В 2023 году Ассоциация участников технологических кружков (далее – Ассоциация кружков) в рамках мероприятия «Поддержка устойчивых команд и кружков НТИ», Программы развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной технологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, протокол от 14.12.2021 г. №14-пр/40-21) приступила к реализации проекта по созданию продукта «Национальная киберфизическая платформа «Берлога», включающая игровые сюжеты, связанные с рынками НТИ».

Мероприятие предусматривало создание связки между серией видеоигр популярных жанров «Берлога» и цифровой платформой «Талант» Кружкового движения, технологическими кружками и соревнованиями, в том числе Национальной технологической олимпиадой для школьников по всей стране, а также включение в игры тематик НТИ и технологического суверенитета.

Созданный аппаратно-программный комплекс Национальной киберфизической платформы «Берлога», удовлетворяющий критериям шестого уровня технологической готовности, включает в себя следующие компоненты:

1. Мобильные игры в рамках сеттинга «Берлога», направленные на вовлечение школьников в новые технологические направления ( https://apps.rustore.ru/app/org.kruzhok.apiarydefence, https://apps.rustore.ru/app/org.kruzhok.academy);
2. Платформу «Талант» Кружкового движения НТИ, содержащую календарь возможных активностей по тематикам НТИ и технологического суверенитета, куда школьники попадают из игры и могут записаться на мероприятие;
3. Аппаратно-программные образовательные комплексы кружков по тематикам НТИ и технологического суверенитета, на базе которых происходят занятия школьников в формате дополнительного образования.

Ключевыми характеристиками аппаратно-программного комплекса стали возможность работы цифровой системы с десятками тысяч пользователей, формирование цифровых достижений в опоре на образовательный опыт в играх и кружках, в т.ч. конвертация достижений в баллы ЕГЭ при поступлении в вузы, наличие сквозных языков программирования и других инструментов, объединяющих мобильные игры и содержание кружков. Аппаратно-программная платформа создается на принципах открытой архитектуры, поддержки множества программных архитектур аппаратных решений и модульности.

В рамках данного мероприятия технологического суверенитета в Национальную киберфизическую платформу «Берлога» были включены такие тематики НТИ как искусственный интеллект и машинное зрение, беспилотные авиационные и космические системы, биотехнологии и др., в т.ч. осуществлена интеграция рядом аппаратно-программных образовательных продуктов компаний НТИ.Данный продукт положительно зарекомендовал себя в рамках отборочных и заключительных этапов Национальной технологической олимпиады (ранее – Олимпиады НТИ).

2. Симулятор малых космических аппаратов «Орбита» 

В рамках решения задачи обеспечения технологического суверенитета Российской Федерации в опоре на открытое программное и аппаратное обеспечение (в т.ч. для космической отрасли) Ассоциация участников технологических кружков в 2023 году провела Всероссийский конкурс проектов со свободным и открытым кодом для школьников и студентов (https://foss.kruzhok.org) и программу стажировок в рамках  проекта «Код для всех» ( https://foss.kruzhok.org/code-for-all). В рамках конкурса и программы стажировок, проводимых согласно Программе развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной технологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, протокол от 14.12.2021 г. №14-пр/40-21) реализовано мероприятие технологического суверенитета по доработке и расширению функциональных возможностей инженерного симулятора малых космических аппаратов «Орбита» (https://github.com/dralex/orbita-simulator), исходный код которого опубликован под открытой лицензией.

Симулятор «Орбита» создан для погружения школьников в задачи системной инженерии на примере разработки и запуска космических аппаратов и позволяет спроектировать космический аппарат, который должен решить поставленную прикладную задачу на орбите. Космический аппарат конструируется в виде набора общих параметров и выбора подсистем, которые должны соответствовать общим требованиям и решаемой задаче, и программы полёта, составленной из таблицы команд, программы на языке Python или диаграммы с иерархической машиной состояний. Симулятор позволяет рассчитать параметры космического аппарата в течение всего полёта и отображает переданную на Землю телеметрию и результат полёта.

Симулятор можно использовать как точку входа школьников в космическую инженерию, на нем можно работать в кружках и на уроках физики, в нем воплощено множество физических моделей: баллистика, теплообмен, радио, электрика, механика и т.д. Важным отличием «Орбиты» от популярных игровых симуляторов космических аппаратов (например, KerbalSpaceProgram) является открытость и проработанность физической модели, позволяющей использовать программу для погружения не только в инженерию, но и в преподавание школьной и даже университетской физики с использованием сюжета космических полётов.

Ещё одной важной особенностью «Орбиты» стало то, что симулятор предназначался для командного использования – по аналогии с реальным космическим проектом, над которым работают несколько специалистов.

Благодаря мероприятию обеспечена реализация графического интерфейса пользователя, позволяющего конструировать космический аппарат, анализировать результаты запуска симулятора графики и данные телеметрии, система управления полетом аппаратов с помощью иерархических машин состояний, интеграция с графическим языком программирования, разработанным в рамках Национальной киберфизической платформы, а также система моделирования миссий с множеством аппаратов. Продукт реализации мероприятия удовлетворяет критериям пятого уровня технологической готовности.

3. Аппаратно-программный комплекс «ТехноГТО-Авиа»

ТехноГТО – комплекс нормативов, направленный на повышение и развитие технологической грамотности молодого поколения России (школьников, студентов и граждан других возрастов): для проверки и подтверждения своих знаний и навыков в области ключевых технологических направлений; понимания возможностей, ограничений и рисков их развития и применения в разных сферах жизнедеятельности, а также своей готовности и умения использовать современные и будущие технологии для решения жизненных задач (бытовых/учебных/трудовых) и принятия ответственных решений в быстро меняющемся высокотехнологичном мире (https://technogto.kruzhok.org/).

Ассоциация участников технологических кружков в рамках мероприятия технологического суверенитета «Комплекс соревнований «ТехноГТО–Авиа» в рамках проектно-об­разовательного интенсива «Архипелаг 2023», предусмотренного Про­граммой развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной тех­нологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, про­токол от 14.12.2021 г. №14-пр/40-21), реализовала проект по созданию ап­паратно-программного комплекса по оценке базовых компетенций в сфере беспилотных авиационных систем в опоре на цифровую платформу «Талант» Кружкового движения.

Соревнование «ТехноГТО–Авиа» состоит из трех частей:

• теоретическое тестирование, в ходе которого проверяется владение клю­чевым понятийным аппаратом, общая осведомленность об истории созда­ния и развития технологического направления, о принципах работы тех­нологии, знание областей применения технологий и основного функцио­нала общедоступных и бесплатных инструментов и продуктов на основе технологии;
• тестирование функциональной грамотности, знаний и умений практиче­ского применения технологии в жизни, понимание технических, право­вых, этических ограничений и рисков применения технологии. Для реше­ния испытуемым будет программно смоделирована проблемная ситуация, предполагающая использование дронов. Например, установление точки старта дрона при недостаточных данных, сохраненных в его памяти;
• задача на практическое применение знаний и навыков сборки, програм­мирования и управления дронами в защищенном полетном полигоне.

Для проведения тестирования» был собран продукт, удовлетворяющий критериям шестого уровня технологической готовности, содержащий следующие компоненты:

1. Программное обеспечение для выполнения теоретической части тестирования;
2. Аппаратное обеспечение для выполнения задач на практическое применение технологии;
3. Аппаратное и техническое обеспечение для организации площадки проведения очного тестирования управления БПЛА.

4. Отечественная открытая среда разработки, реализующая событийную парадигму программирования

Ассоциация кружков в рамках мероприятия «Лаборатории для школьников и студентов по направлениям НТИ» Программы развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной технологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, протокол от 03.11.2022 г. №04-ИЦ/2022) в 2023 году реализовало проект по созданию отечественной открытой среды разработки для Национальной киберфизической платформы, реализующей событийную парадигму программирования и совместимой с контроллерами Arduino и отечественным Vostok UNO.

Среда разработки представляет собой графический интерфейс программирования, основанный на диаграммах иерархических машин состояний и совместимый с игровой платформой «Берлога», включает в себя следующие функции:

• отображение и редактирование диаграмм состояний;
• редактирование исходного кода в виде текста;
• отображение и настройка параметров сборки проекта, а также других элементов, необходимых для функционирования самой среды;
• сборка кода для контроллера Arduino и совместимых контроллеров (например, отечественного контроллера Vostok UNO) обеспечивает платформонезависимость и воспроизводимость сборки пользовательских проектов, предполагает возможность расширения инструментов сборки;
• модуль загрузчика, позволяющий выполнять загрузку (прошивку) собранного проекта в устройство, выбираемое пользователем;
• сервис документации, предоставляющий пользователю доступ к рекомендованной разработчиками документации, релевантной к технологическому стеку разрабатываемого пользователем проекта.

Среда разработки имеет открытую архитектуру и опубликована под открытой лицензией, чтобы обеспечить возможность расширения и совместимости с другими платформами.  Интеграция с программным обеспечением Национальной киберфизической платформы посредством открытых стандартов форматов программ и диаграмм позволяет построить непрерывную образовательную траекторию из школьных кружков в реальные ситуации разработки приборов. Произведена апробация среды разработки. 

• https://github.com/kruzhok-team/lapki-client
• https://github.com/kruzhok-team/lapki-compiler
• https://github.com/kruzhok-team/lapki-docserver
• https://github.com/kruzhok-team/lapki-flasher

В результате реализации мероприятия получен продукт технологического суверенитета, удовлетворяющий критериям шестого уровня технологической готовности, обеспечивающий высокоуровневую концепцию программирования, а также графический интерфейс программирования, основанный на диаграммах иерархических машин состояний.

5. Аппаратно-программный комплекс ситуационного центра национального парка

Одним из вызовов технологического суверенитета является построение отечественных систем, осуществляющих сбор и анализ данных из множества гетерогенных источников и принятие решений на основе этих данных в реальном времени. Ярким примером таких задач является мониторинг больших природных территорий с минимальным участием вовлеченных специалистов, в т.ч. национальных парков и других территорий с предполагаемой высокой антропогенной туристической нагрузкой. Для решения подобных задач отсутствуют отечественные продукты, например, ситуационные центры по мониторингу и управлению масштабными территориями, в т.ч. национальными парками.

Решению этой задачи было посвящено мероприятие «Экспериментальные площадки по формированию сообществ практик будущего по направлениям НТИ», являющееся частью Программы развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной технологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, протокол от 03.11.2022 г. №04-ИЦ/2022), реализуемой Ассоциацией кружков.

В рамках экспедиций лета 2023 года на острове Кильпола был реализован проект по созданию аппаратно-программного комплекса, включающего программное обеспечение ситуационного центра национального парка для накопления и анализа различных данных, в том числе результатов аэро- и космосъемки, в целях организации умного туризма и обеспечения охраны природы на территории национального парка. Реализованное аппаратно-программное решение, удовлетворяющее критериям шестого уровня технологической готовности, включило в себя следующие компоненты, обеспечивающие систему сбора данных из различных источников (аэро- и космосъемка, данные с датчиков как локальных, так и удаленных, а также интерфейс управления ситуационным центром, включая геопортал:  https://map.gortem.ru/, https://situs-center.tilda.ws/material.

6. Аппаратно-программный комплекс для подготовки технологических команд и проведения фиджитал соревнований 

Обеспечение технологического и кадрового суверенитета в сфере БАС требует наличия специальных решений, таких как симуляторы и образовательные аппаратно-программные комплексы, которые будут способствовать формированию технологических команд, овладение участниками необходимыми знаниями и навыками в защищенной среде, вовлекать новых участников в эту сферу.

Ассоциация кружков в рамках мероприятия техсуверенитета «Комплекс соревнований в рамках проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2023»: Берлога, Казаки-разбойники, Защитник крепости и Обучение и соревнование педагогов», включенного в Программу развития инфраструктурного центра Кружкового движения Национальной технологической инициативы (программа по развитию отдельного направления НТИ, протокол от 03.11.2022 г. №04-ИЦ/2022), реализовала проект по созданию аппаратно- программного комплекса для подготовки технологических команд и проведения фиджитал состязаний по тематикам Национальной технологической инициативы и беспилотных авиационных систем (БАС), базирующегося на Национальной киберфизической платформе.

В рамках мероприятия был проведен анализ и подбор необходимых компонентов, их интеграция в единый комплекс и разработка соответствующей методологии его применения.

Реализованный продукт, удовлетворяющий критериям шестого уровня технологической готовности, включается в себя следующие основные компоненты:

• аппаратные решения БАС – коптеры и элементы наземной инфраструктуры, адаптированные для применения в ходе состязаний;
• аппаратный комплекс для фиджитал-состязаний, включающий элементы ИК-излучателей и детекторов (лазертаг), а также других средств симуляции боевых состязаний;
• программный комплекс учета достижений участников, основанный на Национальной технологической платформе и цифровой платформе «Талант» Кружкового движения НТИ.

Созданный аппаратно-программный комплекс позволяет проводить командные состязания на полигоне, включающие управление коптерами при выполнении сложных миссий, сочетание симуляторов и реальных полетов беспилотников, взаимодействие команд, захваты контрольных точек при помощи лазертага, взаимодействие людей и коптеров, подсчет рейтинга команд и достижений отдельных участников.