Más de una vez he indicado en este blog y en nuestra página de facebook que la robótica educativa es una materia muy amplia que envuelve a muchas disciplinas. Pero aprender robótica educativa no es solo saber cómo programar robots.
Elementos comunes de un proyecto de robótica educativa
¿Cuáles son los elementos comunes a todo proyecto de robótica educativa? Un proyecto consiste en la realización de una serie de tareas con un objetivo.
Por ejemplo, un proyecto puede ser hacer que un servomotor de rotación continua gire de un lado a otro con la ayuda de un potenciómetro. Otro puede ser preparar un robot que detecte obstáculos y no choque.
En resumen, estamos hablando de hacer que sucedan cosas con determinados elementos (tanto físicos como de desarrollo), que son comunes a la robótica educativa:
- programación y lógica de funcionamiento
- fundamentos científicos
- algoritmos
- sensores
- actuadores
- elementos mecánicos
- análisis de la interacción con el mundo físico (ingeniería)
En general, para referirnos a la robótica educativa adoptamos el acrónimo en inglés STEAM: S de ciencia (science), T de tecnología, E de ingeniería (engineering), A de arte y M de matemáticas.
Vamos a hacer un amplio listado de cosas que podemos hacer cuando hablamos de robótica educativa (STEAM) y, en concreto, cuando utilizamos placas compatibles con arduino para hacerlas.
Cuáles son las razones para aprender robótica educativa
Hemos dividido la lista de razones en tres partes, de las que iremos hablando en otras tantas entradas:
Primera parte
- Secuencia automatizada de operaciones (instrucciones) fijas
- Control automático con realimentación
- Experimentos y mediciones científicas
- Aprendizaje de programación
- Calculadora avanzada para proyectos de matemáticas
- Registro de datos (monitor del sistema o tarjeta microSD)
- Creación de juegos
- Soporte para el aprendizaje de automatismos y PLC
- Apoyo a la enseñanza de materias de ciencias
- Apoyo a la enseñanza en materias de humanidades
- simuladores de equipos o procesos de la «vida real«
- Realización de obras artísticas
- Aplicación de la robótica a nuestras aficiones
Comenzamos ahora mismo por la primera parte.
Realizar una secuencia ordenada de operaciones en un proyecto, sistema o circuito
En el aprendizaje de robótica educativa, suele comenzarse analizando lo que se denominan salidas. Las salidas son órdenes que da el microcontrolador para que un diodo LED se encienda, arranque un motor, etc. Es decir, órdenes que se dan a actuadores.
Para hacerlo, solo hace falta el microcontrolador (arduino) y las instrucciones que queremos realizar, en riguroso orden. Estas instrucciones se escriben en la pantalla del ordenador usando código o arrastrando bloques.
Esta programación de una secuencia ordenada de operaciones que no va a sufrir modificaciones es la que encontramos, por ejemplo, en nuestras lavadoras. Los programas que seleccionamos siempre hacen lo mismo.
Se habla en este caso de un sistema en lazo abierto. Aquí vemos un conjunto de instrucciones que encienden y apagan 3 LED:
Control automático con realimentación de una serie de actuadores (no os asustéis por el título)
Cuando hacemos montajes con placas electrónicas como arduino, nos interesa utilizar sensores. Estos componentes proporcionan información que permite modificar el comportamiento de las salidas del sistema.
Se puede entender una salida como una orden que se da y una entrada como una información que recoge nuestro sistema. Entradas y salidas son dos conceptos que aparecerán siempre en nuestros proyectos de robótica educativa.
Por ejemplo, si usamos un sensor de distancia, un robot que se mueve puede pararse si «observa» que la distancia a una pared es demasiado baja. Hemos introducido una realimentación (feedback en inglés) y convertido a nuestro proyecto en un sistema automático en lazo cerrado.
Dicho de otro modo: los sensores proporcionan información para modificar el comportamiento ya sea de un robot, un motor, una fuente de luz o el movimiento de un dibujo en la pantalla de nuestro ordenador.
Esta es la salsa de la robótica educativa, la posibilidad de que nuestros montajes consigan un comportamiento «inteligente» mediante el uso de sensores.
Se puede decir que este es el objetivo principal y el más interesante de la robótica educativa.
Mediciones y experimentos científicos, otra manera de aprender robótica educativa
Las fases del llamado método científico están, después de tres de siglos de uso, muy bien asentadas. Una parte esencial de este método es la capacidad de medir con la mayor precisión posible los fenómenos que se observan.
Por ejemplo, medimos masas (o pesos), distancias y tiempos, y en función de estas variables esenciales (básicas) podemos obtener muchas otras (derivadas). También podemos medir corrientes eléctricas y temperaturas.
Por ejemplo, si medimos la distancia y el tiempo que tarda un móvil en recorrerla, podemos obtener su velocidad.
Pero ¿qué ocurre si queremos medir la velocidad a la que desciende una pelota de una rampa de poca longitud?. Que no podremos hacerlo con un cronómetro y nuestro dedo. El tiempo que tardamos en reaccionar es demasiado alto comparado con lo rápido que se mueve la bola. En otras palabras, necesitamos un instrumento que permita medir milisegundos. Lo conseguimos fácilmente con nuestra placa arduino y unos sensores.
Así, se pueden estudiar muchos experimentos interesantes utilizando la flexibilidad que proporciona la capacidad de medir de la placa de arduino y la amplia gama de sensores de los que dispone. Algunos ejemplos:
- Medida de la aceleración de la Tierra usando un péndulo simple
- Estudiar la caída de los cuerpos
- Analizar el movimiento de un cuerpo arrastrado por un peso, típico problema de bachillerato
Continuaremos en próximas entradas. Si se te ocurre alguna más, me encantaría que la indicaras en comentarios.
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(Fotografía de portada: creozavr, pixabay)