Plataforma de ensino de robótica Minibits (MIC172)

Ensinar matemática, física e química não é uma tarefa fácil, passar para o aluno conceitos sem ter como demonstrar fisicamente os resultados, torna o aprendizado ainda mais difícil. Porém temos hoje para ensinar de forma lúdica todos esses conceitos a robótica, uma ferramenta para o professor e um brinquedo para a criança. Neste artigo mostraremos uma plataforma brasileira de ensino de robótica que possui diversas aplicações úteis para os professores chamada de Minibits.

A Plataforma de ensino de robótica do Minibits consiste numa central de conexões de sensores, motores e controles de forma fácil e configurável. Como podemos ver na figura abaixo esta central tem um formato de um robô, onde o professor ou o aluno poderá conectar diversos outros circuitos, conforme a necessidade da matéria ou tema ensinado.

Figura 1 – A central da plataforma de ensino Minibits

 Esta central (Robô Minibits) já vem com uma conexão para o computador, através do qual podemos inserir os comandos que o robô executará. A central conta também com LEDs (olhos) e um sequencial Bargraph (Boca) , onde podemos ensinar o primeiro conceito de programação, acendendo os LEDs do olhos por exemplo.

Na figura abaixo podemos ver a central inserida numa base feita de MDF, mas o mesmo poderá ser usando caixas de papelão, ensinando assim o conceito de reciclagem. Neste exemplo foi aplicado dois motores onde o aluno poderá direcionar o robô através da programação.

Neste simples exemplo, podemos ensinar torque e tração, ou trigonometria onde calculamos a distância percorrida e o ângulo de rotação, ou tempo e distância, ou também sobre ponto de apoio e distribuição de peso entre outros.

Figura 2 – Um exemplo de aplicação em MDF.

A plataforma vem com diversas outras placas as quais chamamos de “BITs”, estas placas são motores, servos, sensor de luz, sensor de temperatura, sensor de umidade, sensor de movimento, sensor de distância, botões de liga/desliga, botões de ajustes (potenciômetros), controle remoto, voltímetro e cabos de conexões, tudo numa caixa apropriada para o seu armazenamento, conforme podemos ver na figura 3.

Figura 3 – Os elementos que compõe a plataforma Minibits.

 A plataforma de ensino de robótica Minibits é pratica, pois tanto o professor como o aluno não precisam soldar os componentes para colocar o sistema em funcionamento. Porém é possível fazer modificações extra na plataforma, soldando e adicionando mais itens, caso a criatividade do aluno ou professor precisem de mais recursos, e isso é que torna a plataforma interessante.

Na figura 4 temos o módulo do motor e observe que a conexão entre a central e ó módulo do motor é feita via cabo, evitando assim os problemas de conexão com a solda mal feita. No próprio módulo é possível controlar a velocidade do motor.

Figura 4 – O módulo do motor.

Sonar

Outro módulo ou “bit” que acompanha a plataforma é o sensor ultrassônico. Com ele é possível ensinar ao aluno diversos conceitos sobre ultrassom e propagação de ondas. O sensor ultrassônico ajuda no controle do robô, evitando que o mesmo bata em algum obstáculo. Este conceito é interessante pois o professor poderá mostrar ao aluno como funciona a orientação dos morcegos e outros animais que utilizam a eco localização, assim também como funcionam os sensores de ré do automóveis.

Na figura 5 temos uma foto do módulo ultrassônico.

Figura 5 – O módulo ultrassônico

O sensor de temperatura e umidade

A plataforma também conta com um sensor de umidade e temperatura e com ele o professor tem em mãos uma ferramenta para diversas matérias sobre física e química. O robô servirá de termômetro ou de alerta quando determinada faixa de temperatura ou umidade for atingida, esta faixa pode ser programada. Com isso o aluno poderá ver na prática como funcionam as faixas de temperatura e umidade, tanto para o meio ambiente como para testes de diversos materiais e seus estados físicos.

Figura 6 – Sensor de umidade e temperatura.

O Acelerômetro

Com este módulo o professor poderá mostrar ao aluno o conceito altura x largura x profundidade, onde o sensor acoplado neste módulo possui um acelerômetro. Este módulo também ajuda o professor a ensinar os conceitos de aceleração e velocidade. Este módulo passa as coordenadas para a central e cabe ao professor ou aluno programar quais as decisões deverão ser tomadas com os dados recolhidos.

Figura 7 – O acelerômetro

As chaves Liga/Desliga

Neste módulo temos 3 tipos de chaves, a chave de retenção on/off, a chave momentaneamente aberta e o sensor magnético. Com estas 3 chaves podemos ativar o projeto ou desafio proposto em diferentes momentos, ao pressionar, após um determinado tempo ou ao passar de um ímã.

Figura 8 – Módulo de chaves Liga / Desliga

Módulo Potenciômetro

Este módulo possui um potenciômetro onde podemos ajustar a quantidade de corrente que é fornecida para a central, motor, LED ou outro dispositivo. Com ele podemos por exemplo, controlar o brilho de um LED, a velocidade de um motor ou a sensibilidade de um sensor. Com este módulo o professor poderá mostrar como funciona o controle de brilho de monitores, celulares, lâmpadas de ajustes ou até mesmo o controle de temperatura de uma geladeira.

Figura 9 – O potenciômetro.

A Fonte

O projeto pode ser alimentado por uma bateria de 9 V, ou através do cabo USB conectado com um computador, em ambos os casos é importante que nada danifique o sistema, por este motivo temos o módulo da fonte. Este módulo fornece energia para todo o sistema de forma controlada.

Figura 10 - A Fonte de Alimentação

O Voltímetro

Outro módulo importante da plataforma é o voltímetro, com ele o professor poderá demonstrar o que é corrente e o que acontece com o sistema quando a capacidade de uma bateria está se esgotando. O display mostra a carga que a bateria conectada tem, podendo assim verificar se a mesma atende à demanda do projeto ou não, mostrando que o desempenho de um motor fica comprometido ou o brilho de um LED diminui.

Figura 11 – O voltímetro

Os cabos

Todas as conexões são no formato RJ-45, evitando que o aluno inverta a polaridade e queime qualquer um dos módulos ou “bits”. A quantidade de cabos fornecida na plataforma é mais do que suficiente para ligar todos os módulos, podendo assim distribuir diversas tarefas do mesmo projeto entre os alunos, colocando toda a equipe para atuarem juntas.

Figura 12 - Os cabos de conexão dos BITs ou módulos.

Os servos

Este módulo possui dois servo-motores e um módulo que os controla, com ele é possível direcionar o caminho do Robô Minibits, abrir portas ou tampas, movimentar braços ou qualquer parte de um robô. Para acionar o servo é só especificar os graus que a alavanca deverá se mover. Com isso o professor poderá aplicar todo o conceito de ângulo, força e torque num exemplo prático, onde o aluno poderá tentar diversas fórmulas para testar a teoria e cálculos.

Figura 13 – Os servos

O Painel de Controle

Este BIT ou módulo é onde o professor ou aluno poderão controlar diversos itens na plataforma, neste módulo temos diversos tipos de controles que podem ser configuráveis para inúmeras aplicações. Nele o aluno poderá dimensionar e aplicar a função que desejar em cada controle, montando assim o seu próprio painel de controle, fazendo diversos ajustes manualmente. Com isso o professor poderá aplicar diversos conceitos de Interface Homem-Máquina (IHM) e de painéis de controles configuráveis.

Figura 14 – O Painel de Controle

Ensinando Fazendo

Como mencionei no começo deste artigo, é difícil ensinar matérias onde o aluno só vê a teoria e não tem acesso a prática. Porém é igualmente difícil mostrar ao professor de outras matérias que ele pode utilizar a robótica para ensinar.

Na aula de artes, por exemplo, a robótica cria os animatrônicos, com servos, LEDs e rodas podemos construir um dinossauro do “Jurassic Park”.

Em Português podemos montar um robô que tem na sua frente quatro botões, e esses quatro botões temos quatro perguntas onde somente uma é correta, se o aluno acertar, o robô acena com um positivo levantando o braço através do servo, ou informando que errou, acendendo os LEDs vermelhos de sua boca.

Em Geografia podemos ensinar sobre distâncias e topografia.

Em História podemos ensinar sobre os sistemas de aberturas de portões medievais, sistemas de guindastes entre outras tecnologias aplicadas em diversas épocas. Isso sem contar inúmeras matérias que podemos listar aqui que utilizaram tecnologias que podem ser montadas com a plataforma Minibits.

O professor também poderá ter o robô como um mascote da sala que informa o horário do recreio, de movimentos espontâneos chamando a atenção dos alunos e onde mais a criatividade dos professores chegarem.

Para mais detalhes sobre a plataforma acesse. www.minibits.com.br