Від редакції:

Прийти у лабораторію, попрацювати, створити прототип цифрової мікросхеми, чи просто послухати, що це таке, і як це робиться - віднедавна таку можливість має будь-який киянин чи гість української столиці. Принаймні, ті кияни, котрим не ліньки заради такої можливості добиратися до КПІ.

Ініціативні студенти та молоді викладачі створили відкриту лабораторію електроніки Lampa на базі кафедри Конструювання електронно-обчислювальної апаратури факультету електроніки НТУУ «КПІ». Ми вирішили дізнатись більше про умови роботи в лабораторії, доступне обладнання, про спеціалізацію Lampa та створені там проекти.

На запитання нашої редакції відповідав Євген Короткий - засновник лабораторії, кандидат технічних наук, доцент кафедри Конструювання електронно-обчислювальної апаратури, факультету електроніки «КПІ».

Євген працює в компанії Melexis, в напрямку створення цифрових мікросхем, та за сумісництвом розвиває напрямок Інтернету речей в Infopulse. На iForum-2016 Євген брав участь в панельній дискусії: «Як повернути довіру до технічної освіти в Україні?».

Хто може працювати в «Лампі»

Ми - відкрита лабораторія для вивчення електроніки, проведення досліджень, розробки проектів і створення прототипів. Хоча лабораторія функціонує на базі КПІ, вона відкрита для всіх бажаючих. Немає обмежень для відвідування. До нас приходять студенти з інших факультетів КПІ та інших вишів (НАУ, КНУ тощо), школярі, випускники. Головне - щоб людина була адекватною і дбайливо ставилася до обладнання лабораторії.

Дотепер в Києві, на жаль, бракує подібних відкритих місць для технічної творчості. Є закриті лабораторії, куди можна потрапити на акселерацію (наприклад, Microsoft IoT Lab). Однак туди не можна просто прийти і вільно працювати над своїм проектом або вивчати електроніку. Є кілька гарних відкритих лабораторій, найвідоміша з них - HackLab, біля станції метро Тараса Шевченка. Подібні лабораторії розташовані досить далеко від більшості технічних університетів, тому основній цільовій аудиторії, проактивним студентам, проблематично регулярно їх відвідувати. Звісно, якісні лабораторії є і в університетах, але всі вони закритого типу - для аспірантів та студентів певної кафедри.

Ми вважаємо, що потенціал українських студентів дуже недооцінений. Необхідно надати їм сучасне місце для досліджень, організувати робочий процес - і вони покажуть неабиякі результати! Принаймні, ми на прикладі «Лампи» показуємо, що це можливо. Лабораторію створили на власному ентузіазмі і зараз маємо багато сучасного обладнання, працюємо 6 днів на тиждень, організовуємо семінари із залученням інженерів Кремнієвої Долини та хакатони зі створення електроніки. Вважаю, що подібна відкрита лабораторія повинна бути в кожному ВНЗ.

Про обладнання та підтримку компаній

В лабораторії маємо все необхідне для вивчення та розробки електроніки - вимірювальне обладнання, потужні джерела живлення, паяльні станції, автоматичний фрезерний верстат, електролобзик, 3D-принтер, дремель, багато датчиків та електронних плат: мікрокомп'ютери, всі популярні архітектури мікроконтролерів, FPGA для прототипування цифрових мікросхем, інструменти для бездротового зв'язку (WiFi, ZigBee, Bluetooth, BLE, RF тощо), драйвери двигунів та двигуни. Також доступні маленький квадрокоптер і мобільні робоплатформи.

Майже до всього обладнання доступ вільний. Виняток - автоматичний фрезерний верстат. З ним працюють лише спеціально підготовані лаборанти, і виготовляють деталі за кресленнями відвідувачів.

Частину обладнання ми придбали за власні кошти (наприклад, деталі до 3D-принтера, який склали власноручно). Частину пристроїв нам подарували або дали тимчасово покористуватись небайдужі відвідувачі. Багато електронних плат ми одержали від закордонних електронних корпорацій, за їх університетськими програмами. Таку можливість дають Alte­ra, Xilinx, Texas Instruments, ARM, Ima­gination Technologies, Nordic Semi­con­ductor. Необхідно лише подати заявку з переліком необхідного обладнання, обґрунтувати його необхідність і пройти нескладну перевірку кваліфікації. Незважаючи на це, майже ніхто в українських технічних університетах такою можливістю не користується.

Окремо хочемо подякувати українському офісові компанії Intel, зокрема, за подарунок - 5 сучасних плат Intel Genuino 101 на основі новітньої мікросхеми Intel Curie, що містить всередині не лише мікропроцесор, а і Bluetooth Low Energy приємо-передавач, гіроскоп та акселерометр. Будемо проводити відкриті воркшопи на цих платах та використовувати їх в студентських проектах.

Допомагає обладнанням українська філія EBV Electronik - дистриб'ютор мікросхем та електронних модулів, один з найбільших у світі. Кілька плат подарував український стартап Petcube. А редакція журналу «Chip News Україна» запропонувала нам безкоштовну передплату на їхнє професійне видання.

Набагато складніше з вимірювальним обладнанням. На відміну від навчальних електронних плат, його за університетськими програмами не надсилають і коштує воно значно дорожче. Тут на допомогу прийшли електронні компанії України. Фірма Melexis подарувала якісний осцилограф Agilent (який набагато зручніший за наші старі радянські осцилографи), точні мультиметри та генератори Hameg. Це був величезний внесок в розвиток лабораторії. А компанія Sirin Software надала у користування на рік сучасний осцилограф зі смугою пропускання 200 МГц, що значно полегшило виконання певних розробок.

Ми дуже вдячні всім компаніям, що нас підтримують, оскільки без їх допомоги ця відкрита лабораторія не відбулася б.

Про напрямки діяльності

В лабораторії можна виконувати майже всі роботи, пов'язані з вивченням та розробкою електроніки, прототипуванням: вимірювання, тестування, створення пристроїв на мікроконтролерах, прототипів цифрових мікросхем на FPGA, друкованих плат, корпусів, виготовлення механіки тощо. У нас наразі немає деякого високотехнологічного обладнання для виконання будь-яких робіт в плані розробки електроніки. Наприклад, бракує лазерного різака, гігагерцового осцилографа, Hi-end генератора сигналів, професійного аналізатора спектру, SDR-системи для прототипування серйозного телекомунікаційного обладнання, інфрачервоної паяльної станції тощо. Однак, ми працюємо в напрямку придбання такого обладнання і уже є домовленості з IT-компанією, що виступить спонсором та виділить необхідні кошти.

Лабораторія працює у двох напрямках, перший з яких - освітній. Кожен може прийти до нас і одержати рекомендації по вибору літератури і онлайн-курсів з будь-якого напрямку електроніки, а також необхідне для вивчення сучасне обладнання. На всі запитання, що виникатимуть, колектив лабораторії залюбки відповість.

Другий напрямок - дослідження та розробки. Починаючи від виконання прототипів дипломних та курсових робіт, - закінчуючи стартапами та виконанням робіт на замовлення. Щодня в лабораторію приходить 5-10 людей. Іноді робимо відеотрансляції з лабораторії, які потім можна передивитися в інтернеті. Також, на нашому YouTube-каналі (www.youtube.com/user/kpikeoa) викладаємо відео студентських проектів, записи проведених воркшопів та лекцій.

Більшість з відвідувачів використовують обладнання лабораторії для навчання. Однак деякі студенти приходять з метою створення прототипів дипломних та курсових робіт. Іноді допомагаємо стартапам зі створенням прототипів. Наприклад, друкована плата для першого прототипу «розумної гантелі» Helko була створена саме в нас. Також допомагали з друкованими платами стартапам Foodger та TechnoEyes. Останній потрапив на акселерацію в Microsoft IoT Lab та був призером конкурсу Sikorsky Challenge. Трохи допомагали з розробкою прототипу розумного браслету Force.

 

Приклад розробок, створених в лабораторії

 

Щодо найбільш популярного серед відвідувачів обладнання - це, в першу чергу, 3D-принтер та автоматичний фрезерний верстат, а також інше обладнання для майстрування. Ми не обмежуємо доступ до цих пристроїв. Для студентів нашої кафедри можливий 3D-друк на нашому пластику, і процес стає повністю безкоштовним. Невелику деталь для інших відвідувачів також можемо надрукувати на нашому пластику. В іншому випадку, люди приходять зі своїм філаментом. Та навіть за таких умов друк все одно виходить набагато дешевше, ніж у більшості центрів 3D-друку, де за 1 гр надрукованої деталі по факту беруть оплату від 10 грн. Коли ми виготовляли свій 3D-принтер, нам «розрахували» друк 3-грамового тримача кінцевика за 150 грн. Це - абсолютно неадекватні ціни, які не сприяють розвитку мейкерства в Україні. У нас 3D-друк власних проектів (в адекватних обсягах) можливий за собівартістю пластику - 175 грн/500 гр.

Щодо автоматичного фрезерного верстата - це досить корисний пристрій, який дозволяє виконувати 2D-різання, гравіювання та 3D-обробку дерева, пластику і навіть металів. На ньому можна виготовляти дуже багато корисних деталей: від прототипів друкованих плат - до корпусів, компонентів 3D-принтерів, інших верстатів, роботів. Використання аналогічне до 3D-принтерів та лазерних різаків: створюєте в редакторі 2D або 3D-модель, в CAM-програмі з цієї моделі генеруєте траєкторії руху фрези і програму роботи, яку потім запускаєте на верстаті.

Звісно, користуються популярністю наші електронні плати. Маємо навчальні комплекси з усіма популярними архітектурами мікроконт­ролерів та мікрокомп'ютерів: Ar­dui­no, Intel Galileo/Edison, Pine A64+, Intel Genuino, Raspberry Pi, STM32, Beag­le­BoneBlack, PIC32, MIPS, ESP8266, MSP430 тощо. Користуються попитом датчики для вимірювання фізичних величин (температура, швидкість, прискорення, напрямок у просторі, вологість, тиск, освітленість, рух) та плати для безпровідної передачі даних з використанням Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth та інших RF-технологій. «Родзинкою» лабораторії є плати для створення прототипів цифрових мікросхем (мікропроцесорів та систем на кристалі) за технологією FPGA. Це досить дорогі комплекси вартістю від $150 до $8 тис. Окрім заліза, «фішкою» є наявність в лабораторії спеціалістів в цій сфері, які готують фахівців з розробки чіпів для закордонних компаній з філіями в Києві (Melexis, Samsung).

Про взаємини з адміністрацією

Від початку створення лабораторії було моєю власною ініціативою. Давно хотілося зробити місце, з усім необхідним обладнанням для позаурочної роботи та навчання студентів. Місце, де вони могли би творчо розвиватися та опановувати новітні технології. Якось я завітав у перший в Києві Хакерспейс (а зараз - лабораторія HackLab) на безкоштовний воркшоп з використання Python на Raspberry Pi. Місце настільки сподобалося, що терміново захотілося створити аналогічну лабораторію в КПІ. Це дало поштовх до виникнення «Лампи».

З одного боку, я - викладач КПІ, тому можна сказати, що ініціатива надійшла від викладачів, «згори». Проте, інші викладачі майже не долучалися до проекту, а студенти, навпаки, багато допомагали. Як на мене, це - приклад успішного ініціативного проекту, зробленого спільно викладачами і студентами. Хочеться відзначити повну підтримку лабораторії адміністрацією кафедри Конструювання електронно-обчислювальної апаратури факультету електроніки КПІ. Завідувач кафедри, Олександр Лисенко, оперативно допомагав вирішувати всі виклики, які поставали перед нами, а проблем та підводних каменів було чимало. Зараз ми плануємо виходити на університетський рівень, створювати зручну і сучасну лабораторію для студентської творчості у бібліотеці КПІ. В цьому питанні у нас є повна підтримка та розуміння адміністрації університету на найвищому рівні.

Про майбутнє лабораторії

Після Нового року плануємо провести серію безкоштовних воркшопів на платах, які нам нещодавно подарували компанії Intel (Genuino 101 на основі Intel Curie) та Imagination Technologies (плати WiFIRE на базі мікроконтролерів PIC32). Хочемо організувати воркшоп щодо запуску Linux на власноручно створених системах-на-кристалі з використанням FPGA плат компанії Altera. Також плануємо провести великий Hardware-хакатон. Можливо, проведемо кілька воркшопів по вбудованим системам на базі ARM, спільно з компанією Sirin Software. Але це все - тактичні завдання.

Основна наша мета - створити мейкерспейс/фаблаб у бібліотеці КПІ. Це буде великий, світлий і теплий зал, з сучасним ремонтом і мотивуючим дизайном, з великою кількістю розеток і швидким Wi-Fi. А головне - там буде все необхідне надсучасне обладнання для вивчення, розробки та прототипування електроніки.

Уже є домовленості з дирекцією бібліотеки про виділення нам читального залу площею 230 кв. м. Як я вже згадував, ми маємо повну підтримку адміністрації університету. Це буде спільний проект бібліотеки КПІ та кафедри Конструювання електронно-обчислювальної апаратури. Протягом кількох тижнів завершимо підготовку та підписання установчих документів і будемо переходити до планування дизайну, пошуку спонсорів для ремонту. Уже зараз є домовленості з IT-компанією про придбання високотехнологічного обладнання, якого нам не вистачало для повного циклу розробки електроніки будь-якого рівня складності. Тож паралельно з ремонтом будемо займатися придбанням такого обладнання. Відкриття заплановане на осінь 2017 року.

У цьому затишному і високотехнологічному центрі буде можливість 24 години на добу, 7 днів на тиждень займатися самоосвітою на сучасному обладнанні, проводити відкриті лекції, семінари, воркшопи, хакатони, освітні школи з електроніки та прототипування, розробляти власні проекти і продукти, виконувати наукові дослідження та роботи на замовлення. Саме так ми бачимо успішну реалізацію проекту Lampa!

Команда та розробки «Лампи»

Ядро лабораторії складають 11 інженерів. Серед них - 2 викладачі, а решта - студенти різних курсів кафедри Конструювання електронно-обчислювальної апаратури факультету електроніки КПІ.

Більшість активних учасників лабораторії працюють за спеціальністю та мають кваліфікацію в різних напрямках електроніки:

- розробка пристроїв на мікроконтролерах / одноплатних комп'ютерах;

	Фото з семінару MIPSfpga

- аналогова та цифрова електроніка;

- розробка цифрових мікросхем;

- проектування друкованих плат;

- силова електроніка;

-  комп'ютерний зір;

- радіозв'язок та бездротова передача даних;

-  3D-друк та робота з автоматичними верстатами;

- embedded Linux та відкриті прошивки WiFi роутерів (OpenWrt, dd-wrt).

Ті учасники, що працюють за фахом, займаються розвитком лабораторії у якості хобі та надають переважно консультаційну та організаційну допомогу. Молодші студенти-учасники набираються досвіду та практичних навичок, працюють лаборантами, слідкують за порядком в лабораторії, допомагають відвіду­вачам користуватися обладнанням, виконують нескладні розробки на замовлення.

Якісних стартапів у нас наразі немає. Більшість студентських проектів зроблені скоріше заради розваги, однак в перспективі можуть втілитися у більш серйозні проекти. Наприклад, наш студент та учасник Олександр Бівзюк, окрім навчання, працює в розробці ігрових автоматів, і у вільний час створив Gestus - пристрій для керування радіомоделями за допомогою жестів. Зараз пристрій керує мобільною платформою та квадрокоптером. Однак надходять замовлення адаптувати його в системи віртуальної реальності та для керування великими камерами для професійної кінозйомки (наявні пульти для віддаленого керування цими камерами досить незручні).

Демонстрація роботи Gestus

 

Інший наш студент, Олександр Скопець, розробив прототип пристрою для друку на різних поверхнях. Фінальна версія буде цікава широкому колу споживачів, оскільки надасть можливості для персоніфікації речей, шляхом нанесення на них унікальних малюнків.

Євген Поправка раніше працював у нас лаборантом, а зараз працює інженером з вимірювання характеристик мікросхем в компанії Melexis. Нещодавно, на прохання свого батька, він розробив пристрій для керування ГБО в машині через Bluetoooth із мобільного телефону або ноутбуку. Результат виявився значно дешевшим, ніж закордонні аналоги.

Один із наших лаборантів, Назар Кошарюк, на замовлення розробляє системи автоматичного керування воротами для авто за допомогою GSM. Клієнти кажуть, що виходить дуже зручно.

Також, до наших проектів можна віднести 3D-принтер, про який я вже згадував - він був власноручно зібраний по кресленням з інтернету. Щоби не переплачувати, ми навіть не купували готові набори деталей, а замовляли їх окремо, переважно із Китаю, а у разі необхідності - адаптували напильником. Деякі деталі виготовили на нашому фрезерному верстаті. В результаті отримали якісний 3D-принтер з жорстким стальним корпусом всього за 5 тис грн. Зараз нам подарували ще один несправний 3D-принтер, займаємось його ремонтом.

Іноді робимо щось для кафедри. Нещодавно виготовили на автоматичному фрезерному верстаті іменну табличку для кафедральної лабораторії. З полірованої латуні, із затиранням фарби в літери і фінальним лакуванням. Створення подібної таблички у комерційній фірмі коштувало б 5-10 тис грн.

Продукт лабораторії

Окрім розробок, ми багато часу приділяємо освітнім заходам. Організували вже понад десяток безкоштовних воркшопів з електроніки. Кожен воркшоп відвідало близько 30 людей. На воркшопах відвідувачі вчилися створювати схеми та програмувати мікроконтролери. Слухали необхідну теорію, а потім перевіряли знання на практиці, а ми тут же відповідали на запитання в процесі роботи. Тематика проведених воркшопів різноманітна:

- програмування Arduino,

- робота з WiFi-модулем ESP8266,

- створення пристроїв Інтернету речей на базі NodeMCU.

Практикуємо спільні воркшопи із фахівцями електронних фірм. Нещодавно інженер компанії Sirin Software провів воркшоп з програмування мікрокомп'ютеру Raspberyy Pi на чистому C, без Linux. А ми цей воркшоп організували та допомагали відповідати на запитання відвідувачів. Зовсім недавно організували семінари з інженерами Кремнієвої долини. Провідні інженери з Каліфорнії 3 дні розповідали про всі етапи виготовлення мікросхем та систем на кристалі. У США подібний курс семінарів коштує біля $500, а у нас він пройшов безкоштовно. В останній день семінару провели воркшоп з використання відкритого процесорного ядра MIPSfpga на FPGA платах компанії Altera. А наступного дня організували harware-хакатон з інтеграції периферії в систему на кристалі на основі MIPSfpga. Дві команди переможці отримали FPGA плати DE0-CV (вартістю $150 кожна). Окрім цього, усі учасники отримали фірмові флешки.

	Перший прототип розробки Євгена

 Згадані семінари, воркшоп та хакатон з мікроелектроніки стали можливими лише завдяки Юрію Панчулу - старшому інженеру з проектування та верифікації схемотехніки в команді розробки мікропроцесорного ядра MIPS I6400 у відділенні Imagination Technology в Санта-Клара, Каліфорнія, США. Юрій був спікером на одному з семінарів, організував фінансування та інформаційну підтримку проекту, а також подарував плати Digilent WiFIRE на базі мікрокотролерів PIC32 з архітектурою MIPS для використання в лабораторії та навчальному процесі кафедри.

Іноді ми займаємось перекладом наукових фільмів українською мовою. Ось приклад того, що виходить в результаті: https://youtu.be/5di1Ec6n5CQ.

За підтримки Melexis записали низку відеолекцій з електроніки. Доступ до лекцій відкритий:

- лекція з аналогової схемотехніки (https://goo.gl/A9xZ38)

- лекція з цифрової схемотехніки (https://goo.gl/Lefc1Y)

- лекція з розробки цифрових мікросхем і мікропроцесорів (https://goo.gl/iblizv).

Решту інформації можна знайти на наших сторінках в соцмережах (https://www.facebook.com/lampa.kpi/), переглянути в YouTube або ж завітати в лабораторію - і побачити все на власні очі.

Автор: Катерина Прогнимак

Джерело: Blog Imena.UA