プログラミングというと、パソコンの画面の中でゲームを作ったり、キャラクターを動かしたりするイメージがあるかもしれません。
でも、プログラミングでできることはそれだけではありません。
LEDを光らせたり、モーターを動かしたり、センサーを使って周りの状況を読み取ったり。
そんな、実際のものを動かすプログラミングに挑戦できるのがArduinoです。
僕自身、子どものころにプログラミング教室でArduinoを使い、さまざまなものづくりに挑戦していました。
現在は大学で機械工学を学んでいますが、当時取り組んでいたことと大学での学びには、共通する部分がたくさんあります。
今回は、Arduinoではどんなものが作れるのか、どんなことが学べるのかを、僕自身の経験も交えながら紹介したいと思います。
Arduinoとは？何ができるの？
Arduinoとは、電子工作やプログラミングに使われる、小さなコンピューターのような電子基板です。
正確には、Arduinoは電子基板だけでなく、プログラムを作るためのソフトウェアなども含めた開発環境ですが、この記事ではわかりやすく電子基板を中心に紹介します。
オーソドックスなarduinoを僕が持っていなかったのでAIにイラストとして作ってもらいました。
Arduinoの特徴は、プログラムを使って、実際の電子部品を動かせることです。
例えば、ArduinoにLEDをつなげてプログラムを書けば、好きなタイミングで光らせたり、点滅させたりできます。
ほかにも、モーターを回したり、センサーを使って温度や距離を測ったりすることもできます。
これらを組み合わせることで、さまざまな装置やロボットを作ることができるんです。
Arduinoでどんなものが作れる？
Arduinoの面白いところは、簡単な電子工作から、複雑な装置まで、さまざまなものを作れることです。
ここでは、いくつか例を紹介します。
LEDを光らせる
まずは、LEDを光らせるという簡単なものです。
ArduinoにLEDをつなげてプログラムを書けば、好きなタイミングで光らせたり、点滅させたりできます。
最初はただ光らせるだけでも、複数のLEDを組み合わせれば、信号機のようなものを作ることもできます。
簡単なものですが、自分で書いたプログラムによって実際のものが動くという、Arduinoの基本的な面白さを体験できます。
センサーやモーターを組み合わせる
Arduinoでは、さまざまな電子部品を組み合わせることもできます。
例えば、距離を測るセンサーを使えば、人が近づいたときにLEDを光らせる装置を作れます。
さらに、モーターを組み合わせれば、人が近づいたら自動で動く装置なども作れます。
このように、センサーから情報を受け取り、その情報に応じて何かを動かす仕組みを作れるのがArduinoの面白いところです。
そして、こうした仕組みは、僕たちの身の回りにあるさまざまな製品にも使われています。
僕が挑戦した自動販売機
僕自身、子どものころにArduinoを使って、さまざまなものづくりに挑戦していました。
その中でも特に印象に残っているのが、自動販売機の制作です。
当時、僕は自動販売機が好きで、レトロ自販機のあるお店に行くこともありました。
そんな中で、「自分でも自動販売機を作ってみたい！」と思ったのが制作のきっかけです。
それまでもArduinoを使って簡単なものを作っていましたが、自動販売機となると、今までの知識だけでは作れませんでした。
そこで、ステッピングモーターと呼ばれるモーターを使ったり、硬貨を選別する部品を作るために3DCADに挑戦したり、回路を整理するために基板制作に取り組んだりしました。
ただ、実際に作ってみると想像以上に難しく、お金が投入されたことを検知するセンサーがうまく動かなかったり、仕組みが複雑になって自分でもよくわからなくなったりして、結局完成まではたどり着けませんでした。
それでも、自動販売機を作ろうとしたことで、それまで使ったことのなかった技術に触れることができました。
僕がArduinoを使ったものづくりで面白いと感じていたのは、こうしてさまざまな電子部品を組み合わせ、自分で複雑な仕組みを作れることでした。
「こんなものを作ってみたい！」という気持ちから、今まで知らなかった技術にも挑戦できる。
これもArduinoを使ったものづくりの大きな魅力だと思います。
Arduinoを学ぶと、身の回りの製品の仕組みが見えてくる
僕がArduinoを学んでよかったと感じている理由は、ものづくりの楽しさだけではありません。
Arduinoを使うようになってから、身の回りの製品を見る目が変わったことも、大きな魅力だと感じています。
例えば、普段何気なく使っている電子機器を見ても、
「これってどんな仕組みで動いているんだろう？」
と考えるようになりました。
電子回路や配線を見たときにも、
「この線にはどんな役割があるんだろう？」
「どうしてここにつながっているんだろう？」
と少し理解できたりもして、とても面白いです！
実は、僕たちの身の回りにある多くの電子機器にも、マイコンと呼ばれる小さなコンピューターが使われています。
例えば、炊飯器や洗濯機、エアコンなどです。
こうした製品では、センサーから情報を読み取ったり、プログラムに従ってモーターなどを動かしたりしています。
実際の家電製品は複雑な仕組みで動いていますが、基本的な考え方はarduinoと共通する部分があります。
今まで当たり前に使っていたものの裏側に、さまざまな技術が隠れていると気づけること。
これもArduinoを学ぶ面白さの一つだと思います。
Arduinoで学べるのはプログラミングだけじゃない！
Arduinoは、プログラミングを学ぶための道具というイメージがあるかもしれません。
しかし、実際にものづくりをしていくと、プログラミング以外にもさまざまな知識が必要になります。
例えば、次のような分野です。
電子回路
ArduinoでLEDやセンサー、モーターなどを使うには、電子部品を正しく接続する必要があります。
その過程で、電圧や電流、抵抗など、電気回路に関する知識にも触れることができます。
通信やコンピューターの仕組み
Arduinoを深く学んでいくと、電子部品同士がどのように情報をやり取りしているのか、という通信の仕組みにも触れられます。
ほかにも、時間を測るためのタイマーや、プログラムで使うデータを保存するメモリの仕組みなど、コンピューターの内部についても学ぶことができます。
普段使っているパソコンや電子機器の内部で、どんな処理が行われているのかを知る入り口にもなるんです。
機械や制御
モーターやセンサーを組み合わせると、
機械を思いどおりに動かすための「制御」についても学ぶことができます。
例えば、センサーでモーターの回転速度を測り、目標の速さになるように動きを調整する、といったこともできます。
大学でも「制御工学」として勉強するしっかりとした学問分野です。
大学で勉強するような微分や積分の考え方を使うこともあるので、とても良い勉強になると思います。
こうした仕組みは、ロボットなどの機械を動かすうえでも重要です。
これらの知識がすべて身につくわけではありませんが、作りたいものに合わせて学びを深めていけば、プログラミングだけでなく、さまざまな工学の分野に触れられるのが魅力だと思います。
Arduinoは大学で学ぶ工学にもつながっている
僕は現在、大学で機械工学を学んでいます。
機械工学というと、機械の設計や加工などをイメージするかもしれませんが、
機械を思いどおりに動かすための「制御」についても学びます。
例えば、現在大学で勉強しているものの一つに「フィードバック制御」というものがあります。
簡単に説明すると、実際の状態を確認しながら、目標に近づくように動きを調整する仕組みです。
身近な例では、エアコンが部屋の温度を測り、設定温度に近づくように運転を調整する仕組みなどがあります。
大学では、こうした制御について数式を使いながら学んでいます。
Arduinoでもセンサーから情報を読み取り、その結果に応じてモーターなどを動かすことができます。
さらに発展すると、PID制御と呼ばれる制御方法などにも挑戦できます。
PID制御は、目標と実際の状態の差をもとに、動きを調整する制御方法の一つです。
大学では数式を使って学ぶような内容を、Arduinoなら実際にものを動かしながら体験できるんです。
難しい計算から入るのではなく、まず実際に動かしてみることで、制御の仕組みに興味を持つきっかけになるのは、とても面白いところだと思います！
Arduinoに興味を持ったら、まずは体験してみよう
Arduinoは、初心者向けのキットなどを使えば、自宅でも始めることができます。
また、プログラミング教室によっては、Arduinoなどのマイコンを使った電子工作に取り組めるところもあります。
ただし、Arduinoでは電子部品の配線やプログラムの入力などが必要になるため、初めての子どもには少し難しく感じる部分もあるかもしれません。
そのため、最初はLEDを光らせるような簡単なものから始めたり、先生や保護者のサポートを受けながら取り組んだりするのがおすすめです。
最初から難しい作品を作る必要はありません。
LEDを一つ光らせるだけでも、自分で書いたプログラムによって現実のものが動くという、Arduinoならではの面白さを体験できます。
そこから少しずつ、センサーやモーターなどを組み合わせていけば、作れるものの幅も広がっていきます。
まとめ｜Arduinoはものづくりと工学の世界を広げてくれる
Arduinoは、プログラミングを使って実際のものを動かせる、とても面白い道具です。
LEDを光らせるような簡単なものから、センサーやモーターを組み合わせた複雑な作品まで、さまざまなものづくりに挑戦できます。
そして、Arduinoの魅力は、作品を作ることだけではありません。
僕自身、Arduinoを使っていたことで、身の回りの電子機器がどんな仕組みで動いているのかを考えるようになりました。
さらに、プログラミングだけでなく、電子回路や機械、制御など、大学で学ぶ工学にもつながるさまざまな分野に触れることができます。
自分の「作ってみたい」を形にしながら、今まで知らなかった技術や仕組みに出会えること。
それが、僕が感じているArduinoの大きな魅力です。
もし子どもがものづくりや電子工作に興味を持っているなら、Arduinoも選択肢の一つとして考えてみてはいかがでしょうか。
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