Robotica@Scuola

Robotica@Scuola
Progetto di un laboratorio didattico
Per le Scuole superiori di 1° e 2° grado
Antonio Dal Borgo - Palestra della Scienza - Faenza
21 aprile 2016 - ore 17
1
Laboratorio didattico



Spazio per la condivisione di esperienze e
progetti
Ambiente di lavoro in cui produrre materiale
didattico
Strumenti a disposizione:
Robot educativi (da 8 a 12)
 Sito internet (www.edurobot.it)
 Piattaforma di e-learning (Moodle)
 Mailing list ([email protected])

2
Robot: etimologia



La sua diffusione si deve allo scrittore cecoslovacco Karel Čapek che, nel suo dramma
teatrale del 1920 “R.U.R. (Robot Universales
Rossum)”, chiama robota gli operai artificiali,
creati dall'uomo e destinati al suo servizio
Il nome robot deriva quindi da “robota”,
termine che indica un lavoro di tipo pesante
Attualmente la parola “robota” è presente
nella lingua slovacca e polacca
3
Da “I robot universali di Rossum”
«Il vecchio Rossum, grande filosofo, (…) cercò di imitare
con una sintesi chimica la sostanza viva detta protoplasma finché un bel giorno scoprì una sostanza il cui
comportamento era del tutto uguale a quello della
sostanza viva (…). Si ficcò in testa che avrebbe fabbricato addirittura l'uomo (…). Doveva essere un uomo,
visse tre giorni completi (…). Allora venne l'ingegner
Rossum, il nipote del vecchio, gli bastò dare un'occhiata
all'anatomia per capire subito che si trattava d'una cosa
troppo complicata e che un buon ingegnere l'avrebbe
realizzata in modo più semplice (…). Il giovane Rossum
inventò l'operaio con il minor numero di bisogni. Eliminò
tutto quello che non serviva direttamente al lavoro, eliminò l'uomo e fabbricò il Robot. »
Robot, cos’è?



L'idea di “persone artificiali” è antica ed è
presente in racconti e in mitologie di vari
popoli
Il compito del robot dovrebbe essere quello
di aiutare l’uomo a svolgere lavori rischiosi,
faticosi o noiosi
Una definizione (non tecnica): “Sistema
artificiale in grado di compiere azioni in
modo autonomo, anche senza la presenza
dell’uomo, sulla base di comandi ricevuti”
5
Robot: evoluzione



Prima generazione: in grado di eseguire
sequenze prestabilite di operazioni (es.
braccio robotico SCARA) [wikipedia]
Seconda generazione: capacità di costruire un
modello del mondo esterno, di correggerlo e
perfezionarlo
Terza generazione: in grado di costruire nuovi
algoritmi e di verificarne la coerenza in modo
autonomo (dotati di intelligenza artificiale)
[video1]
[video2]
[video3]
6
Confronto Robot <-> Uomo
Robot
Uomo
Unità di controllo (computer)
Cervello
Sensori
Organi di senso
Attuatori (servomotori)
Muscoli
Microfono, altoparlante
Bocca, orecchie
Telecamera
Occhi
Braccia
Braccia
Gambe, ruote
Gambe
Struttura meccanica
Scheletro
Fonte di energia (batteria)
Apparato di alimentazione
7
Uomini e robot



Con lo sviluppo della tecnologia, appare
sempre più concreta la possibilità di realizzare
automi dotati di autonomia comportamentale
Timore che gli esseri umani possano essere
rimpiazzati dalle loro stesse creature
Frankenstein (1818), che viene spesso
definito il primo romanzo di fantascienza, è
divenuto un sinonimo di questa tematica
8
Robotica: etimologia


Il termine Robotica venne usato per la
prima volta nei racconti di Isaac Asimov
(1941) della sua famosa raccolta “Io, Robot”
Sono citate le tre “Leggi della Robotica”
(diventate poi quattro con l'introduzione della
Legge Zero)
Legge zero: Un robot non può arrecare danno
all’umanità né può permettere che, a causa del
proprio mancato intervento, l’umanità riceva un
danno
9
Le Leggi della Robotica



Prima legge: Un robot non può recar danno a un
essere umano né può permettere che, a causa
del proprio mancato intervento, un essere umano
riceva un danno
Seconda legge: Un robot deve obbedire agli
ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali
ordini non contravvengano alla Prima Legge
Terza legge: Un robot deve proteggere la propria
esistenza, purché questa autodifesa non contrasti
con la Prima o con la Seconda Legge
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Robotica
Tecnologia che si avvale del contributo di
molteplici discipline:

Informatica

Fisica

Meccanica

Elettronica

Matematica

Chimica dei materiali

Neuroscienze
11
Robotica
La robotica permette di dare sviluppo ad una
riflessione cosciente sull’intelligenza artificiale,
mettendo in evidenza le differenze tra ciò che è
meccanico e ciò che appartiene alla vita biologica reale, dando adito ad una nuova capacità
dell'immaginario scientifico ed artistico di superare i limiti della materialità per comprendere
meglio la auto-organizzazione della vita.
Da: www.edscuola.it/archivio/lre/art_robot.pdf
12
La Robotica a scuola
ovvero
una Robotica educativa
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Robotica educativa



Tecnologia didattica nata negli anni ’70 dal
lavoro di S. Papert, poi di M. Resnick al MIT
La robotica educativa non vuole essere un fine,
ma un mezzo volto a sviluppare competenze di
base e a realizzare lavoratori di sperimentazione, necessari per una concreta innovazione
della scuola
Nell’ultimo decennio è stata adottata in molte
scuole, diffusa anche tramite gare, manifestazioni e concorsi
Perché la Robotica a scuola?




È un argomento che suscita interesse: i robot
sono presenti in molti film, cartoni animati e
racconti
Ha la capacità di suscitare curiosità e generare
un grado di attenzione prolungato nel tempo
Il ragazzo assume un ruolo attivo nei confronti
del robot, grazie a lui l’oggetto si muove e
funziona
Porta ad un arricchimento dell’offerta formativa
aumentando la soddisfazione delle famiglie nei
confronti della scuola
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Perché la Robotica a scuola?



Stimola gli studenti ad interessarsi alle materie
scientifiche coinvolgendoli nel loro processo di
apprendimento e stimolandone la capacità di
progettazione
Si inserisce nei progetti STEM (Science,
Technology, Engineering, Mathematics):
curriculum basato su di un metodo di apprendimento interdisciplinare delle materie tecnicoscientifiche
È in linea con progetti nazionali e comunitari
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Informatica e programmazione


Lavorare con i robot è un modo stimolante
per programmare (coding)
Perché i bambini dovrebbero imparare le
basi della programmazione?


Steve Jobs: "Everybody in this country should
learn to program a computer, because it
teaches you how to think“
Bill Gates: "Learning to write programs
stretches your mind, and helps you think
better, creates a way of thinking about things
that I think is helpful in all domains“
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Non solo Tecnologia

Letteratura:




Isaac Asimov (Ciclo dei Robot)
Philip K. Dick (Do Androids Dream of Electric
Sheep?)
Mary Shelley (Frankenstein)
Cinema:


Metropolis, Blade runner, L'uomo
Bicentenario, Corto circuito, Star Wars, Star
Trek, Io e Caterina
Film di animazione: Robots, Wall-E, Jeeg
Robot, Ufo robot, Il gigante di ferro, Mazinga
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Fantascienza e Tecnologia



«La buona fantascienza è scientificamente
interessante non perché parla di prodigi
tecnologici ma perché si propone come gioco narrativo sulla essenza stessa di ogni
scienza, e cioè sulla sua congetturalità»
(Umberto Eco)
Quando tra tecnologia, la scienza e la creatività non si pongono barriere, quello che ieri
era fantascienza, oggi diventa realtà
La robotica, come molte altre tecnologie,
nasce prima come narrazione fantastica
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Robot Educativi
Aziende – Modelli – Caratteristiche – Costi
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Robot educativi (o didattici)


Prodotti di costo relativamente contenuto per
essere utilizzati in ambito familiare, educativo
e hobbistico
Principali marchi:

LEGO (WeDo, Mindstorm)

Fischertechnik

Meccano (Meccanoid)

MakeBlock (mBot)

Aldebaran (NAO, Pepper, Romeo)
21


Prima azienda a proporre la Robotica come
strumento educativo
Ha avviato un progetto “integrato” di ricerca
e sviluppo per prodotti destinati al settore
educativo

Propone attività formative per docenti

Prodotti destinati alle attività in classe:

WeDo per la scuola primaria

Mindstorm per la scuola secondaria
22
LEGO WeDo 2.0




Sviluppato per l'insegnamento della robotica
educativa nella scuola di base (soprattutto
elementare)
Proposta educativa per iniziare a lavorare
con la robotica a partire da 7 anni
Disponibile il “Curriculum Pack” per
l'insegnante con oltre 40 ore di lezione
Caratteristiche piuttosto limitate, specie se
confrontate con Mindstorm e mBot
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LEGO WeDo 2.0
24
LEGO WeDo 2.0: Starter Pack



Set Base:
129,99 € + IVA (22%) = 158,59 €
Curriculum Pack:
249,99 € + IVA (22%) = 304,99 €
Il Set base comprende:
 Smarthub (unità di controllo)
 1 motore
 Sensore di inclinazione e di movimento
 Mattoncini con vassoio per far lavorare 2
studenti
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Linea di prodotti Lego che fonde i
“mattoncini” della serie Technic con
dispositivi per la costruzione di robot
ed altri sistemi automatici
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Lego: il Mattoncino intelligente
RCX (1998)
NXT (2006)
EV3 (2013)
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28
LEGO Mindstorm EV3
29
LEGO Mindstorm EV3


Il mattoncino intelligente EV3 amplia le sue
funzioni rispetto alle precedenti generazioni
Non solo sistema di controllo per robot:





Sistema di acquisizione dati (data logger) per
esperienze di fisica e scienze
Può registrare dati su card Micro SD
Si pone come alternativa a noti sistemi di
acquisizione dati: Pasco, Vernier
Proposto come strumento per didattica STEM
Software di programmazione grafico intuitivo
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Lego EV3 Mindstorm
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LEGO Mindstorm EV3: Starter Pack


Prezzo: 389,00 € + IVA (22%) = 474,58 €
Starter Pack comprende:
 Mattoncino intelligente EV3 (con software)
 3 servomotori interattivi
 Sensori: rotazione, distanza ad ultrasuoni,
colore/luce, giroscopico, contatto
 Batteria ricaricabile con trasformatore
 Mattoncini LEGO Technic per un'ampia
varietà di modelli
32
33
Makeblock - mBot






Scheda di controllo “mCore” compatibile con
Arduino Uno
Sensori: distanza ad ultrasuoni, seguilinea,
luminosità, pulsante
Ricetrasmettitore a infrarossi con telecomando
Modulo per comunicazioni (Bluetooth o 2.4G
wireless serial)
2 motori elettrici, buzzer, 2 LED
Telaio in alluminio compatibile con accessori
Makeblock (in parte con componenti Lego)
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Makeblock: mBot
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Makeblock: mBot
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Makeblock: mBot
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Makeblock: mBot
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mBot: Bluetooth e 2.4G
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Makeblock: mBot

Robot educativo di basso costo

Software gratuito

Versione 2.4G:


79,99 + IVA (22%)
= 97,59 € (Campustore)
Versione Bluetooth:

69,00 + IVA (22%) = 84,18 € (Campustore)

57,37 + IVA (22%) = 69,99 € (Amazon)
40
Altre proposte commerciali

Fischertechnik



Info su Campustore
Meccano

www.meccano.com/meccanoid-about

Info su Robotiko
Aldebaran

NAO, info su Campustore

Pepper, info su Robotiko

Romeo
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Montare il robot?


Vantaggi
 Suscita interesse ed entusiasmo
 Grazie all’azione dello studente l’oggetto
prende forma
Svantaggi
 Rapporto ottimale di 2 a 1 tra studenti e
robot  Costi elevati
 Tempi variabili tra i diversi gruppi
 Richiede frequenti interventi dell’insegnante
 Rischio di perdere alcuni componenti
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Arduino




Piattaforma hardware composta da schede
elettroniche di piccole dimensioni dotate di un
microcontrollore programmabile e circuiti di
interfaccia
Utilizzata per scopi didattici e hobbistici, ma
anche da industrie per la progettazione
Adatta per interagire con il mondo esterno
tramite sensori e attuatori
Sviluppata presso l'Interaction Design Institute,
un istituto di formazione post-dottorale con
sede a Ivrea, fondato da Olivetti e Telecom
Italia
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Arduino

Gli schemi circuitali sono liberi:




visionabili da tutti
possono essere modificati e migliorati da
chiunque voglia contribuire allo sviluppo
Software Open Source e liberamente modificabile
Utile per creare prototipi in molte applicazioni, soprattutto nell’ambito dell’automazione e della robotica
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mBot e Arduino
Arduino Uno
Makeblock - mCore
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Controllo e
Programmazione
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Tastiera e display





Non è necessario usare un computer
Limitate possibilità di controllo e
programmazione
Uso occasionale
Pochi i sistemi che dispongono di tastiera
e display
Esempi:
 Lego Mindstorm
 Fischertechnik TXT Controller
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Tipi di controllo



Controllo manuale
 Telecomando (a infrarossi)
 PC, Smartphone o Tablet
Controllo remoto
 Il programma principale viene eseguito su
PC, tablet o smartphone
 Il robot è controllato a distanza
Controllo diretto
 Software caricato nella memoria del robot
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Programmazione




Ampia varietà di linguaggi, diversi per il livello
di età
Ambienti di programmazione prevalentemente
grafici: generalmente derivati da Scratch
(anche SNAP, Blockly)
Per i sistemi basati su Arduino, possibilità di
utilizzare Wiring (ambiente di sviluppo)
Con Makeblock-mBot si può lavorare sia con
mBlock, estensione di Scratch, sia con Wiring
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mBot: modo Arduino
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