Robótica Educativa

La robótica educativa es un medio de aprendizaje, en el cual participan las personas que tienen motivación por el diseño y construcción de creaciones propias (objeto que posee características similares a las de la vida humana o animal). Estas creaciones se dan, en primera instancia, de forma mental y, posteriormente, en forma física, y son construidas con diferentes tipos de materiales, y controladas por un sistema computacional, los que son llamados prototipos o simulaciones.

En sus inicios los autómatas eran realizados con materiales fáciles de encontrar, ya sea con madera, cobre o cualquier otro material fácil de moldear.

Definición

Es el conjunto de actividades pedagógicas que apoyan y fortalecen áreas específicas del conocimiento y desarrollan competencias en el alumno, a través de la concepción, creación, ensamble y puesta en funcionamiento de robots.

El objetivo de la enseñanza de la Robótica, es lograr una adaptación de los alumnos a los procesos productivos actuales, en donde la Automatización (Tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos, electrónicos y basados en computadoras; en la operación y control de la producción) juega un rol muy importante. Sin embargo la robótica se considera un sistema que va más allá de una aplicación laboral.

Algo que también cabe mencionar en el estudio de la Robótica, es la gran necesidad de una perfecta relación entre el Software y el Hardware del Robot, ya que los movimientos que realizará éste Robot es un acoplamiento entre lo físico y lo lógico.

Robótica pedagógica

La robótica pedagógica tiene como finalidad la de explotar el deseo de los educandos por interactuar con un robot para favorecer los procesos cognitivos. Martial Vivet propone la siguiente definición de robótica pedagógica:¹

Es la actividad de concepción, creación y puesta en funcionamiento, con fines pedagógicos, de objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas muy fieles y significativas de los procesos y herramientas robóticas que son usados cotidianamente, sobre todo, en el medio industrial.

Origen

La Robótica Educativa se centra principalmente en la creación de un robot con el único fin de desarrollar de manera mucho más práctica y didáctica las habilidades motoras y cognitivas de quienes los usan. De esta manera se pretende estimular el interés por las ciencias duras y motivar la actividad sana. Así mismo hacer que el niño logre una organización en grupo, discusiones que permitan desarrollar habilidades sociales, respetar cada uno su turno para exponer y aprender a trabajar en equipo.

Fases

Se tiene la idea de que se construye un robot utilizando cables y equipo para hacerlo en la vida real, pero no es así, porque en la Robótica Educativa se pretende inicialmente crear un robot en computador, se hace en programas especiales como el xLogo (usando en verdad, una versión libre de éste), donde se realiza un pequeño estudio que ve si éste robot es realizable o no en la realidad. Aquí, al tenerlo en el computador se establece la función que cumplirá este robot, las cuales son específicas para realizar pequeñas tareas (como traer objetos o limpiar cosas, por ejemplo), y se observa en la pantalla el cómo se ve este robot. Luego, eliminando y arreglando, se procede a utilizar materiales para llevarlo a cabo en la realidad.

En este punto, se utilizan variados materiales, pueden ser desde piezas de sistemas constructivos como Lego, Multiplo o Robo-Ed,² a materiales de desecho que no se ocupan en casa (como cajas de cartón y circuitos en desuso). Aunque, también se usan materiales más de clase como son metales u otros derivados.

Objetivos

• Que sean más ordenados.
• Promover los experimentos, donde el equivocarse es parte del aprendizaje y el autodescubrimiento.
• Ser más responsables con sus cosas.
• Desarrollar mayor movilidad en sus manos.
• Desarrollar sus conocimientos.
• Desarrollar la habilidad en grupo, permitiendo a las personas socializar.
• Desarrollar sus capacidades creativas.
• Poder observar cada detalle.
• Desarrollar el aprendizaje en forma divertida.

Glosario de términos utilizados en robótica

• Actuador: Dispositivo que produce algún tipo de movimiento a partir de una orden proveniente de la interfaz.
• Electroimán: Dispositivo que se magnetiza cuando se hace circular por el una corriente eléctrica. Se utiliza mucho para producir movimientos por medio de señales eléctricas.
• Entrada de Sensor: Terminal de la interfaz en la que se pueden conectar sensores de distintos tipos.
• Interfaz: Puente entre el sistema a controlar y el ordenador. Su función es transformar señales bajas en señales de mayor capacidad.
• Led: Diodo emisor de luz.
• Lenguaje computadora: Programa mediante el cual se puede especficar una serie de instrucciones para que la computadora pueda realizar una serie de tareas de forma independiente.
• Programa de Control: Conjunto de intrucciones que están situadas en la computadora y determinan la función del mecanismo que se controla(robot).
• Puerto: Enchufe de la computadora en donde se pueden conectar diferentes tipos de dispositivos.
• Robot: Término derivado del vocablo checo Robota (trabajo, prestación personal). Máquina que gracias a un tipo de programación puede realizar tareas específicas.
• Sensor: Dispositivo que proporciona información a la computadora de lo que ocurre en el entorno o en el robot que está siendo controlado.

Materiales utilizados en robótica educativa

Ejemplos de robots educativos controlados mediante PC, de tipos: brazo industrial articulado, estación neumática y móvil rastreador, usados en el aula de clase.

En entornos de robótica educativa y de ocio se utilizan con frecuencia unos dispositivos denominados interfaces de control, o más coloquialmente controladoras,³ cuya misión es reunir en un solo elemento todos los sistemas de conversión y acondicionamiento que necesita un ordenador personal PC para actuar como cerebro de un sistema de control automático o de un robot. Las interfaces de control se podrían así definir como placas multifunción de E/S (entrada/salida) en configuración externa (es decir, no son placas instalables en ninguna bahía de expansión del PC), que se conectan con el PC mediante alguno de los puertos de comunicaciones propios del mismo (paralelo, serie o USB, generalmente) y sirven de interfaz entre el mismo y los sensores y actuadores de un sistema de control. Las interfaces proporcionan, de forma general, una o varias de las siguientes funciones:

• entradas analógicas, que convierten niveles analógicos de voltaje o de corriente en información digital procesable por el ordenador. A este tipo de entradas se pueden conectar distintos sensores analógicos, como por ejemplo una LDR (resistencia dependiente de la luz).
• salidas analógicas, que convierten la información digital en corriente o voltaje analógicos de forma que el ordenador pueda controlar sucesos del "mundo real". Su principal misión es la de excitar distintos actuadores del equipamiento de control: válvulas, motores, servomecanismos, etc.
• entradas y salidas digitales, usadas en aplicaciones donde el sistema de control sólo necesita discriminar el estado de una magnituddigital (por ejemplo, un sensor de contacto) y decidir la actuación o no de un elemento en un determinado proceso, por ejemplo, la activación/desactivación de unaelectroválvula.
• recuento y temporización, algunas tarjetas incluyen este tipo de circuitos que resultan útiles en el recuento de sucesos, la medida de frecuencia y amplitud de pulsos, la generación de señales y pulsos de onda cuadrada, y para la captación de señales en el momento preciso.

Algunas de las interfaces de control más avanzadas cuentan además con la electrónica precisa para el acondicionamiento y la conversión de las señales, con sus propios microprocesador y memoria. Así, son capaces hasta de almacenar pequeños programas de control transmitidos desde un PC que luego pueden ejecutar independientemente de su conexión a éste.

Algunas de ellas disponen también de bibliotecas de programación de las E/S para permitir su utilización con distintos lenguajes de propósito general, entre ellos: LOGO, BASIC yC. Existen varios modelos comerciales, entre los que se pueden mencionar:

• Interfaz FlowGo, de Data Harvest
• Interfaz ROBO TX Controller de fischertechnik
• Ladrillo RCX, de Lego
• Interfaz Enconor, de Enconor Tecnología Educativa
• Robot Programable Moway, de Minirobots
• Sistema constructivo Multiplo, de RobotGroup
• Kits educativos y contenidos Robo-Ed [1]

Robótica Educativa por países

Situación en Argentina[editar]

Minibloq + OLPC + Arduino.

En Argentina la Robótica Educativa está creciendo cada vez más rápido.⁴ Distintos centros de estudios, como por ejemplo RobotGroup,⁵se están abriendo y también cuenta con un campeonato de robots para alumnos de colegios primarios y secundarios llamado Roboliga.⁶También se está fabricando un sistema constructivo de alta tecnología llamado Multiplo.⁷ Entre los productos de este sistema de diseño y prototipado de robots, se encuentra el robot Multiplo N6 el cual posee una placa DuinoBot programable con Arduino. Este robot se está utilizando en escuelas primarias y secundarias debido a lo fácil que resulta programarlo.⁸ Otro desarrollo en el área es Minibloq, un entorno de programación gráfica de código abierto, compatible con Arduino y con Multiplo. Es interesante que este software puede funcionar tanto bajo Windows (quizá aún el sistema operativo más extendido en las escuelas de Argentina) como bajo Linux, y está siendo probado con éxito en máquinas OLPC XO. Además, en Argentina se desarrolló Physical Etoys, un lenguaje de programación visual basado en Etoys que permite la interacción entre distintos robots de una manera entretenida, fácil y transversal a las materias de la currícula.

La empresa Mis ladrillos, muy conocida en argentina con sus juegos de ensamble, tiene sus propios desarrollos de robótica educativa. Hay modelos comerciales dentro de la línea Probots Robots. Destacan los modelos R300 y R360 en donde con ladrillos de encastre y piezas especiales se pueden armar modelos de robots. Tiene un “Ladrillo Inteligente” o e-Brick R4, con sensor de luz, sensor infrarrojo y ledes de iluminación que conectado a dos motores se lo puede programar desde la PC mediante un software ProbotLab el cual permite la programación por íconos.

Hay una versión especializada para colegios que es el R8. Se trata ladrillos similares a los R4, un poco más largos, con todos los sensores externos para una mejor combinación en los armados. Tiene sensor de luz, led de alta luminancia, sensor de tacto, micrófono, led bicolor, sensor infrarrojo, entrada para dos motores y está en desarrollo el sensor de distancia. Se programa con una versión de ProbotLab para este ladrillo.

Proyecto sencillo de invernadero para niños en Physical Etoys.

Situación en Chile

En Chile, los primeros pasos educativos los dio Rambal Ltda.® en el año 2000 hasta el día de hoy, impartiendo cursos a distintos establecimientos educacionales y capacitando a pequeñas empresas PYMES. Cada año hay más equipos de robótica educativa que se organizan y compiten en distintos torneos, entre ellos FLL, Interescolar de robótica, entre otros. Muchas organizaciones llevan años trabajando en este tema y apoyando la creación de equipos de robótica en los establecimientos educacionales, una de ellas es Corazón de Chileno® , quienes se han encargado de difundir la robótica a lo largo del país ofreciendo talleres a niños en campamentos, y a distintas municipalidades. Además, estos jóvenes de distintas edades apoyan variadas competencias como son el CERR de la Compañía de material didáctico, el IER de la Universidad Andrés Bello, entre otras. Otra organizaciòn es Hoy en día, Rotatecno se dedica a la capacitación de jòvenes y niños, utilizando metodologìas de gestión de talentos, a Investigación y Desarrollo, apoyando a innovadores a llevar a cabo sus proyectos cientìficos y desarrollando prototipos o proyectos científicos y a la difusión de la robòtica mediante eventos y actividades en colegios y empresas.

Finalmente, se destaca al proyecto educativo EDUSTORM que nace el año 2008 del estudio de cómo llevar la robótica al ambiente educacional, utilizando metodologías Constructivistas. EDUSTORM se ha posicionado en Chile como la única empresa que realiza Talleres de Robótica en colegios basados en un Plan Anual de enseñanza para alumnos de 3.° a 8.° básico, conformando hoy en día al 2014 una Red Educativa de 8 Colegios en Santiago y la Fundación Teletón, donde se imparten estos talleres utilizando Kits: Lego NXT, Lego RCX, Parallax, OLLO Robotis, Pitágoras, Lego Energías Renovables y Circuitos Electrónicos combinados con material reciclable.

Situación en Colombia

En Colombia, el grupo de investigación Inteligenca Artificial en Educación de la Universidad Nacional de Colombia adelanta varios proyectos. A través de la robótica educativa se busca enseñar a los adolescentes que están mirando opciones profesionales, cómo construir robots con múltiples mecanismos para sensar un ambiente de trabajo. Con la ayuda de ejemplos de construcción, se abordan varios principios de la física mecánica, ondulatoria, electrónica y la algoritmia. También comprende la experimentación de diversas teorías de aprendizaje, retando a los actores del proceso educativo al cambio de un paradigma pasivo por otro proactivo.Ver robot bípedo Nacho.

Situación en España

En el REAL DECRETO 3473/2000, de 29 de diciembre, por el que se modifica el Real Decreto 1007/1991, de 14 de junio, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria -en el marco de la Ley Orgánica de Ordenación General del Sistema Educativo de España (LOGSE)- se fijaron los contenidos sobre control automático y robótica en la educación secundaria en España. Estos contenidos, tratados en la materia de Tecnología, son:

• En tercer curso:
  • Bloque 4, Tecnologías de la información. Lenguajes de programación y desarrollo de aplicaciones.
  • Bloque 7, Control y robótica. Máquinas automáticas y robots: automatismos. Arquitectura de un robot. Elementos mecánicos y eléctricos para que un robot se mueva.
• En cuarto curso:
  • Bloque 3, Tecnologías de la información. El ordenador como dispositivo de control: señales analógicas y digitales. Adquisición de datos. Programas de control.
  • Bloque 6, Control y robótica. Percepción del entorno: sensores empleados habitualmente. Lenguajes de control de robots: programación. Realimentación del sistema.

Las diferentes comunidades autónomas adaptaron estos contenidos en su normativa propia. Así, por ejemplo, en Castilla y León, en el Decreto 7/2002, de 10 de enero por el que se establece el Currículo de Educación Secundaria Obligatoria de la Comunidad de Castilla y León se determinan los siguientes contenidos:

• En el apartado de Tecnologías de la información:
  • Tercer curso: Lenguajes de programación y desarrollo de aplicaciones.
  • Cuarto curso: El ordenador como dispositivo de control. Señales analógicas y digitales. Adquisición de datos. Programas de control.
• En el apartado de Control y robótica:
  • Tercer curso: Máquinas automáticas y robots. Automatismos. Arquitectura de un robot. Elementos mecánicos y eléctricos para que un robot se mueva.
  • Cuarto curso: Percepción del entorno. Sensores empleados habitualmente. Lenguajes de control de robots. Programación. Realimentación.

Posteriormente, estos contenidos han sido modificados por la Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación (L.O.E.) según el REAL DECRETO 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria. Ahora son tratatados en el cuarto curso de la materia de Tecnología, en su bloque 4. Control y robótica:

• Experimentación con sistemas automáticos, sensores, actuadores y aplicación de la realimentación en dispositivos de control.
• Diseño y construcción de robots.
• Uso del ordenador como elemento de programación y control. Trabajo con simuladores informáticos para verificar y comprobar el funcionamiento de los sistemas diseñados.

Situación en México

En México hay varios esfuerzos por proponer una cultura de robótica educativa, algunos basados en la importación de kits de desarrollo y algunos basados en la ingeniería nacional. La red nacional de museos de ciencia y tecnología es la encargada de ser la anfitriona de parte de estos esfuerzos, así el Museo Horno 3 de Monterrey, El papalote en la Ciudad de México o Semilla en Chihuahua imparten cursos de este tipo, ya sea con ideas importadas o con ideas nacionales.