El Regato ikastetxea: Automatika eta Robotika Hezkuntzan
2008-01-02
Robotikaren erabilerak eskolan izan dezakeen garrantziari buruzkoa da ondoren duzuen artikulua. Automatika eta robotikaren ikasketa prozesuaren protagonista ikaslea bera dela dio idazleak, ikaslea bere ikasketa prozesuaren sortzailea dela eta irakaslea gidari bihurtzen dela. Esandakoa praktikara eramate aldera, ikasgelan egin daitezkeen zenbait proiektu aurkeztu dizkigu.
Jean Piagetek (1966), garapen kognitiboaren teoriaren sortzaileak, zer eskatuko lioke Gabonetan Olentzerori? Ziurrenik, beste zenbaiten artean, Lego Mindstorms Kit bat eskatuko lioke. Piageten garapen kognitiboaren teoriaren aplikazio ikaragarri ona dugu robotikan eta automatikan. Are gehiago, geure lanak Lehen eta Bigarren Hezkuntzan garatzen baditugu. Izan ere, hezkuntzaren esparru horretan dauden adituen artean psikologo asko dago.
Automatika eta robotikaren ikasketa prozesuaren protagonista ikaslea da. Teknologia beharrak asetzeko edo arazoak konpontzeko aukera ematen duten ezagutzen, ahalmenen eta tekniken multzoa dela esan ohi dugu. Gaur egun, automatika eta robotika edonon topa ditzakegu. Etxetresna elektrikoetan, autoetan, parkeetako argietan... guztiak geure bizitza erosoago egiteko, noski.
Berez, robotika esan beharrean robotika eta automatismoak esan beharko genuke, baina robotika hitza erabiliko dugu gauzak errazteko.
Gero eta hedatuagoa dagoen hezkuntzarako, robotika irakaslearen eta ikasleen paperak aldatuz doan joera baten barruan sar dezakegu. Irakaslea ez da orojakilea, eta ikasgelan ikasleei jakintza ohiko eskolen bidez pasa beharrean, beraiekin sortzen du jakintza. Ikaslea da bere ikasketa prozesuaren sortzailea, eta irakaslea gidari bihurtzen da.
Robotikarekin lan egiteko garaian bi aukera daude. Bata, kutxa beltzaren teoriei jarraituz ikasleekin kit batzuk muntatu eta, bestea, ikasleek sentsoreetatik eragileetara dena eraiki.
Ideiak argi
Beharbada, aurrera jarraitu aurretik zenbait ideia argitu beharko genituzke. Hiztegitik eta Oxfordeko Teknologiako liburuetatik zera atera dezakegu:
Mekanismoa: indarren noranzkoa edo mugimenduaren norabidea aldatuz, indarrak hobeto baliatzen dituzten gailuak.
Automatismoa: lan jakin bat egiteko diseinatu eta etengabe lan hori egiten duen mekanismoa. Ez dute funtzionamendua aldatzeko aukerarik.
Robota: hiztegiaren arabera: “aparatu automatikoa, ezarritako programa aldagarriaren arabera, objektuak maneiatu edo eragiketa edo mugimendu bat edo gehiago exekutatzeko gai dena”. Robotics Institute of America-k zera dio: maneiagailu birprogramagarri eta funtzioaniztuna da, materialak, piezak, erremintak edo gailu espezializatuak eramateko sortutakoa, eta mugimendu aldagarriak eta programatuak ditu, hainbat motatako eragiketak exekutatzeko.
Kontrol sistema: elkarri konektatuta, makina bat edo prozesu bat automatizatzen duten elementuak. Mota askotako elementuek osa dezakete kontrol sistema bat: gailu elektrikoek, elektronikoek, mekanikoek, pneumatikoek, hidraulikoek...
Begizta irekiko kontrol sistemak eta begizta itxiko kontrol-sistemak: irteeraren egoera kontuan hartzen ez duen sistema begizta irekikoa da. Atzeraelikadura duena, berriz, begizta itxikoa da. Atzeraelikadura hori sentsoreen bidez egin ohi da. Inguruan gertatzen dena nolabait antzemateko modua sentsoreak erabiltzea da.
Laburbilduz, robotaren eta automatismoaren arteko desberdintasun garrantzitsuena zera da: robotak zenbait funtzio egin ditzake inguruan gertatzen diren zenbait aldaketa antzemanda edota norbaitek bidalitako aginduei jarraituta.
Robot batek lau unitate funtzional izan behar ditu: sentsoreak, kontroladorea, eragileak (transmisioa barne) eta elikadura.
Robotikarekin lanean
Robotikak aukera anitz ematen du ikastetxean lan egiteko. Bai Lego Mindstorms NXT kit-a erabilita, bai hainbat enpresak saltzen dituzten kitak erabilita, eta baita dena “etxean eginda” ere, ikaskuntzaren hainbat helburu jorra ditzakegu. Geuk, ikastetxean, DBHn lantzen ditugu gai hauek eta geure esperientziari buruz hitz egingo dugu.
DBHko helburu orokorretatik zuzenean lantzen direnen artean hauek aipa ditzakegu:
- Garapen zientifiko eta teknologikoa, bere aplikazioak eta ingurune fisiko eta sozialean duen intzidentzia ezagutzea eta baloratzea.
- Egokitasunez, autonomiaz eta sormenez mezuak ulertzea eta ekoiztea, zeinetan kode artistiko, zientifiko eta teknikoak erabiliko baitira, beren komunikazio ahalbideak aberasteko eta horien erabileran parte hartzen duten prozesuei buruzko gogoeta bat burutzeko helburuz.
- Arazoen ebazpen eta identifikaziorako estrategiak lantzea ezaguera eta esperientziaren hainbat eremutan, intuiziozko eta arrazoiketa logikozko prozeduren bidez, kontrastatuz eta jarraitutako prozesuaz gogoeta eginez.
- Informazioa lortzea eta hautatzea, eskuarki eskura egoten den iturburuak baliaraziz, era autonomo eta kritikoan tratatu, aurretiaz ezarritako helburu batekin eta besteei era antolatu eta ulergarrian transmititu.
Esan dugunez, ohiko hezkuntzarekin erkatuta, aldaketak daude robotikarekin lan egiten dugunean; irakaslearen papera aldatu egiten da. Ikasleak protagonismo osoa hartzen du. Teoria funtsezkoa da; ez dugu ahaztu behar asmakizunak aldez aurretik ikusitako hainbat ideiatatik sortzen direla. Ezinezkoa da ezagutza minimorik gabe robotikarekin lanik egitea. Baina egia da, baita ere, ezagutza hori lortzea erraza dela eta lortutako emaitzak ikaragarri onak direla.
Robotikari esker landu daitezkeen esparruak hauek dira: mekanika, indarra, engranajeak, grabitazio zentroa, lana, potentzia, abiadura, sormena, talde lana, pentsamendu logikoa (programazioa), esperimentazioa, informazioaren bilaketa selektiboa, beste irakasgaiekiko lotura (ia-ia edozein irakasgairekin), ideia abstraktuetan hasi eta eraikitako zerbait konkretura heldu, hizkuntza grafiko eta matematikoa landu, aldagaien kontrol sinkronoan aritu, pentsamendu sistemikoa garatu, kultura teknologikoa landu, arazoen ebazpena, lexiko espezializatua, neurketa eta kalkuluak, ikasketa aktiboa...
Eta horretatik guztitik geure ikastetxean zer?
DBHko 1. mailatik DBHko 4. mailara bide luzea dago. Batxilergoko 1. mailan ere gai hau jorratzen dugu. Oxford argitaletxearen liburuak erabiltzen ditugu 3. mailara arte. Azken ikasturte horretan ikasleek beraien lehenengo automatismoa edo robota eraikitzen dute. Hiru aukera ematen zaizkie: liburuan datorren semaforoa egiteko ideiatik abiatuta iturri zibernetikoa edo kontzertu baten argien kontrola egiten dugu, cucaboten web orritik ateratako eskemekin bai 0 izeneko autoa bai murofilo izenekoa edo pegatortas deitzen dena.
DBHko 3. mailan:
Semaforoa:
Oso ideia sinplea da. Tomate poto batekin, edo bestelako poto metalikoa erabilita, nahi ditugun kontaktuak egitea lor dezakegu. Horretarako, pintura edo papera kentzen dugu, edo espekak jartzen ditugu. Honako irudi hauetan argiago ikusten da. (1. irudia)
Kontaktuak behar bezala ezarriz nahi dugun sistema kontrola dezakegu, eta aldez aurretik programaturiko sekuentzia lortuko dugu. Nahi beste zirkuitu desberdin kontrola ditzakegu. Adibidez, kontaktu batek ura ponpatuko duen motorra Kontaktuak behar bezala ezarriz nahi dugun sistema kontrola dezakegu, eta aldez aurretik programaturiko sekuentzia lortuko dugu. Nahi beste zirkuitu desberdin kontrola ditzakegu. Adibidez, kontaktu batek ura ponpatuko duen motorra kontrolatzen badu, beste kontaktuak koloretako bi edo hiru argi kontrolatzen baditu eta azkeneko kontaktu batek soinua eragiten duen elementua kontrolatzen badu, hainbat hiritan udan egiten diren ikuskizun horietako bat egin dezakegu geure lantegian.
Cucaboten proiektuak:
Web orri horretan urratsez urrats azaltzen digute nola eraiki behar diren beraiek proposaturiko proiektuak. Oso interesgarria da web horretan sartzea.
Horien berri izateko http://roble. cnice.mecd.es/~jsaa0039/cucabot/ web atarian sar zaitezkete.
DBHko 4. mailan:
Ikasturte horretan teknologia duten ikasleek aukeratu dute irakasgaia, eta astean bi ordu izan beharrean hiru dituzte. Aldez aurretik ikasitakoari gehigarri txiki bat emanez, elektronika analogiko pixka bat emanda, beraiek sorturiko sentsoreak erabiliz has gaitezke prozesuak kontrolatzen. Hau egiteko zera azaltzen zaie aldez aurretik: fisika elektronikaren oinarria (atomoen egitura, lotura energiak...), oinarrizko elementu elektronikoak (erresistentziak, balio finkoa dutenak), potentziometroak, diodoak, transistoreak, LDRak, NTCak,...) eta zirkuitu sinpleak elementu horiekin. Teoria ikusi ondoren, simulagailuan egiten ditugu saiakerak, eta gero, sentsoreak eraikitzen ditugu: iluntasun, bero, hotz eta argitasun detektagailuak, adibidez. (2. irudia)
Zirkuitu horretan potentziometroarekin aukeratzen dugu zer tenperaturatan piztu behar den led diodoa. Gero, led diodo horren ordez kontrolagailu bat jartzen badugu, informazioa ordenagailura joan daiteke, edo errele baten bidez berogailuarena egiten duen bonbilla bat pitz daiteke edo... Irudimenak ematen duen arte. (3. irudia)
Zirkuitu horren bidez argiak kontrola ditzakegu. Beste zirkuituarekin lotuta, negutegi baten kontrola sortzen dugu, adibidez. Argiak piztuko dira iluntzerakoan, berogailua piztuko da tenperatura jaistean eta, bero nahikoa badago, itzali egingo da. Leihoak ere ireki ditzakegu... Finean, geure sentsoreek hartzen dituzten informazioek, kontrolagailutik pasatzerakoan, ondorio bat izango dute, eta guk ondorio horiek programa ditzakegu, eta noiz gertatuko diren aldez aurretik esan... Automatika eta kontrolaren oinarria landuta dugu jadanik. Ikasturte amaierako proiektua egiteko elektronika digitala lantzen dugu. Teoria pixka bat eta praktika asko. Elektronika analogikoa erabilita elementu digitalak nola egiten diren ulertu ondoren, zirkuitu digitalak egiten ditugu. Sarreraren araberako irteerak lortzen ditugu. (4. irudia)
Goiko zirkuituarekin, adibidez, kode zuzena sartzen ez badugu, alarmak joko du. Kode zuzena sartzean atea irekiko da. Simulazio horiek ulertu ondoren, geure sentsoreak kontrolagailu batean konektatzeko prest gaude. Sentsoreek sarrerako seinaleak bidaliko dituzte; kontrolagailuak, nahiz eta korapilatsuagoak izan, zirkuitu digitalak dira eta, azkenean, geuk aukeraturiko mekanismoa abian jarriko dute. Horrela, etxe adimendun bat eraikitzeko prest gaude.
Ikasturtearen arabera, bukaerako proiektua alda daiteke. Beste aukeren artean, interesgarrienak lerro beltz bati jarraitzen dion robota edo robot matriziala eraikitzea ditugu.
Lerro beltz bati jarraitzen dion robota
Irudian ikusten den robotak lur zuri batean egindako lerro beltzari jarraitzen dio (5. irudia). Erdiko bonbillaren argia lur zurian lerro beltzean baino gehiago islatzen da, eta alboetan dituen fototransistoreek aldaketa hori nabaritzen dute. Argitasun aldaketak korronte intentsitate aldaketa dakar, eta zirkuituko anplifikadore operazionalak bere irteerako tentsioa aldatzen duenez, motor batek besteak baino abiadura handiagoan biratuko du; hortaz, robotaren norabidea aldatuko da. (6. irudia)
Lego MindStorms Kita
Azkenik, Legoren azken asmakizunari buruz hitz egingo dugu. MindStorms robotika kita zoragarria da. Txikitatik dut gustukoa Lego eta Tentearekin jolastea, baina nire garaian ez zegoen horrelakorik. Betiko Legoren piezak erabilita gorputza eraiki dezakegu, eta zenbait adreilu berri sortu ditu Legok, sorkuntzari bizia eman ahal izateko. Benetako robotak eraiki ditzakegu denbora gutxian. Ez dugu elektronikarik jakin behar hainbat eta hainbat robot eraiki ahal izateko. (7. irudia)
Hogei minutuan egiten den argazkiko robotak txalo bat entzuten duenean norabidea aldatzen du, eta bere “begien” aurrean oztoporen bat jartzen bada, atzera doa.
Benetan zoragarria da “jostailu” hau. Aldez aurretik aipaturiko gaiak lantzeko balio du, eta ikasleentzat oso erakargarria da. Funtsezkoenetatik robot ikaragarri konplexuetara joan gaitezke. Adreilu adimendua ordenagailura konekta dezakegu USB portu bat erabilita, eta aldez aurretik sortutako programak sar diezazkiokegu. Lehen Hezkuntzako ikasleek eta Batxilergoko ikasleek kit horiekin egin dezakete lan, eta bakoitzari maila desberdina eska dakioke. Urratsez urrats muntatzeko eskemak emanda edota helburu zehatz bat bete behar duen zerbait asma dezatela eskatuz, lan interesgarria egin dezakegu. Mugak irudimenak eta ikastetxeko aurrekontuak jarriko dizkigute.
“Automatika eta Robotika Hezkuntzan”: Interneten lanean hasteko honako hiru web orri hauekin lan nahikoa dugu:
Cucabot: http://roble.cnice.mecd.es/~jsaa0039/cucabot/, robot errazak eta pausoz pauso azalduak. Elektronikari buruz hainbat azalpen.
Robotikarekin Jolasean: http://www.euskalnet.net/kolaskoaga/, euskaraz egindako web orria, oso interesgarria.
Lego MindStorms NXTren orri ofiziala: p://mindstorms.lego.com/
