La robótica educativa

“El aprender mejor no vendrá de dar las mejores maneras para que el profesor instruya, sino de dar las mejores oportunidades a los estudiantes para construir”. (Papert)

La robótica educativa es un recurso para el aprendizaje basado en la teoría del constructivismo. Papert, un pionero con su Proyecto “ladrillos programables”, considera que el conocimiento es construido activamente y que la educación debe consistir en proporcionar oportunidades para realizar actividades creativas que impulsen este proceso constructivo.

Con la robótica educativa se pueden concebir, desarrollar y poner en práctica diferentes proyectos que permitan resolver retos planteados para promover ciertos aprendizajes, de tal manera que diversas áreas del conocimiento como matemáticas, física y demás ciencias experimentales, así como la programación e informática empleándose como un recurso para el aprendizaje de manera lúdica y creativa.

En general los estudiantes pueden ejecutar tres tipos de construcción:

1. Construyen estructuras con elementos de alta tecnología y materiales de uso común.
2. Crean programas que pueden probar con modelos tangibles
3. (Re)Construyen el conocimiento en sus mentes como resultado de estas actividades.

Los dos primeros son como una consecuencia inmediata y directa al interactuar con la robótica, la forma de cómo se plantean las actividades es lo que puede permitir la apropiación del conocimiento.

En general los elementos que integran a la robótica pedagógica, pueden caracterizarse como se muestra a continuación

• Procesador: hace referencia al microcontrolador que opera como “cerebro” del robot constituido por microprocesador, puertos de entrada y salida, memoria de lectura ROM y de trabajo RAM, convertidores Analógico a Digitales (ADC) y Digitales a Analógicos (DAC) que permitirán la interconexión con el “mundo real”
• Como dispositivos de salida: indicadores visuales como pantallas de cristal liquido (LCD), diodos emisores de luz (LED), indicadores auditivos como bocinas o piezoeléctricos, y diodos infrarrojos como trasmisores de información
• Como dispositivos de entrada: teclado, botones o pulsadores, e interruptores para la programación o activación de funciones y fotodiodos como receptores de información
• Interfaz de comunicación: a través de pares de cables, de TX/RX de manera serial, por USB o a través de comunicación óptica por infrarrojo e inclusive con radiocomunicación como el Bluetooth
• Sensores: elementos de entrada que permitirán percibir diferentes parámetros físicos, v.gr. sensores de luz, de posición, de ángulo, de contacto, de temperatura, etc..
• Actuadores: elementos de salida que permitirán realizar un evento como el mover un motor, producir un sonido, emitir una luz, etc.
• Software de programación: generales como el Labview, empleado para la instrumentación virtual o específicos como el MicroMundos EX diseñado para este propósito específico.
• Otras características: mecánicas como movimientos, peso, robustez del sistema; eléctricas como alimentación, autonomía de uso con baterías; escalabilidad, la posibilidad de poder incrementando funciones o mecanismos; compatibilidad con otros productos existentes o sustitutos.

Es posible adquirir los productos reconociendo nuestras necesidades, las características de nuestras materias, y de nuestros estudiantes y el alcance que pretendemos obtener del uso de estos recursos, de tal manera que con los mismos recursos puede diseñarse actividades de aprendizaje para estudiantes de formación básica, hasta estudiantes de nivel superior.

Considero que siempre es necesario tener plena conciencia del propósito u objetivo que pretendemos alcanzar, el aprendizaje de debemos promover y recordar que “el estudiante aprende cuando quiere” y nuestra tarea es hacer que “quiera” aprender, creando escenarios de aprendizaje flexibles, pudiéndoles ofrecer que elijan la forma de realizar una tarea, fomentándoles la creatividad con retos presentados de manera agradable o lúdica, de manera tal que el aprendizaje suceda de manera más poderosa con el compromiso de ellos en la construcción de su conocimiento, conforme a lo que rige un plan o programa de estudio.

LA ROBOTICA PEDAGOGICA

La simulación puede ser una metodología de estudio, que favorece el aprendizaje y lo puede mejorar utilizando algún instrumento de tipo guiado (Robots).

El empleo de un brazo robótico con un programa especializado, después de hacer los desarrollos teórico - matemáticos, tecnológicos, analizando cada una de sus partes y permitiendo determinar las trayectorias y tareas que se le programen puede ser una práctica pedagógica que permita la integración de diversas disciplinas de estudio, puede representar una realidad en un modelo a escala, puede ser interactivo y creativo, considerando una estrategia que permita continuar el aprendizaje de manera guiada e independiente, que plantee tareas que vayan de lo simple a lo complejo y que la organización y planteamiento de actividades para el aprendizaje sea personalizada, de manera que el estudiante implicado en la tarea siga su propio ritmo de aprehensión de conocimientos.

La acción del docente debe conducir a desarrollar en el estudiante genere un núcleo de conocimientos teóricos básicos que le permitan continuar aprendiendo de forma guiada y por si mismo cuando la complejidad vaya en aumento, debe mostrar toda la información que se requiera para los procesos y para el análisis de los mismos, tanto en forma gráfica como numérica, permitiendo la posibilidad de modificar dichos datos y poder adquirir un nuevo conjunto de valores que le ayuden en la comprensión de la realidad.

La automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos, electrónicos y basados en computadoras en la operación y control de la producción. Ejemplos de esta tecnología son: líneas de transferencia, maquinas de montaje mecanizado, sistemas de control de realimentación (aplicados a los procesos industriales), máquinas-herramienta con control numérico y robots. En consecuencia, la robótica es una forma de automatización industrial. Un robot industrial es una máquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o “humanoides”. El robot puede programarse para desplazar su brazo a través de una secuencia de movimientos con el fin de realizar alguna tarea de utilidad. Repetirá este modelo de movimientos una y otra vez hasta que se reprograme para ejecutar alguna otra tarea. Por consiguiente, la característica de programación permite que los robots se utilicen para una diversidad de operaciones industriales diferentes, muchas de las cuales implican el trabajo del robot junto con otros elementos de equipos automatizados o semiautomatizados.

La robótica pedagógica crea ambientes o escenarios para el aprendizaje, permitiendo que los estudiantes desarrollen habilidades para la resolución de problemas, empleen métodos de investigación para la validación de sus hipótesis, de manera experimental y vivencial, además que esta práctica les permite desarrollar un vocabulario técnico especializado, les permite desarrollar criterios para seleccionar, clasificar, y evaluar, permite la formación de un pensamiento sistémico, todo esto mientras que los estudiantes pueden estar continuamente ante el reto de una actividad mental.

La robótica pedagógica para la carrera de Ingeniería Electrónica del Tec de Lerma.

Bajo el enfoque del “nuevo” modelo educativo que se pretende implantar en el Instituto Tecnológico del Lerma, se exige modificar la práctica docente conforme a las teorías Psicopedagógicas del Humanismo y el Constructivismo Social. Como docentes nos han fomentado para nuestra práctica la elaboración de secuencias didácticas que deben tener la característica de ser integradoras de diferentes disciplinas, planteando la necesidad de la creación de un “núcleo generador” como eje de dichas secuencias.

La creación de un robot que simule la acción de un brazo polar, podría ser ampliamente empleada en diversas disciplinas de la carrera, la robótica pedagógica puede emplearse en las asignaturas de:

• Física para la comprensión de vectores, o para la conversión de sistemas coordenados, para la representación de una fuerza, etc.

• Máquinas eléctricas, Análisis de circuitos eléctricos, … hasta Control de motores, e Instrumentación: en actividades de aprendizaje para comprensión y análisis de motores que servirán como actuadores, y las características eléctricas que permiten su control

• Electrónica y Sistemas Digitales: desarrollando circuitos para el control de motores de manera analógica o digital

• Optoelectrónica: para el diseño de codificadores que permitan ubicar en una determinada posición al brazo robótica

• Electrónica Industrial y Electrónica de Potencia: pueden diseñarse circuitos basados en tiristores que permitan la operación de motores de mayores capacidades para tareas industriales.

• Sistemas lineales: se podrá hacer el modelado de sistemas y el diseño de controladores tanto analógicos como digitales.

• Microprocesadores y Programación, pueden operar al brazo robot como un autómata programable, para la realización de tareas repetitivas, mediante la interfase con algún puerto de una computadora o con algún sistema mínimo que opere de manera independiente.

• Sistemas Automáticos de Control e Instrumentación : puede aprovecharse el robot para el manejo de PLC (controladores lógicos programables)

• Otros temas que no están plenamente en el programa y que deben ser considerados: Mecanismos, para poder transferir los movimientos