Progetti impiego robotica educativa dalla scuola dell’infanzia alle secondarie di II grado

di Lalla
ipsef

Silvia Benassi – Da più di un decennio in Italia scuole di diversi ordini e grado stanno sperimentando molteplici benefici della robotica educativa. Insieme alla diffusione del kit Lego NXT, docenti e insegnanti stanno applicando conoscenze e sperimentazioni alla didattica e all’apprendimento delle materie curriculari, e allo sviluppo di competenze come il lavoro di gruppo, la capacità di usare in sinergia materie diverse e così via.

Silvia Benassi – Da più di un decennio in Italia scuole di diversi ordini e grado stanno sperimentando molteplici benefici della robotica educativa. Insieme alla diffusione del kit Lego NXT, docenti e insegnanti stanno applicando conoscenze e sperimentazioni alla didattica e all’apprendimento delle materie curriculari, e allo sviluppo di competenze come il lavoro di gruppo, la capacità di usare in sinergia materie diverse e così via.

Poiché esiste oggi una interessante nicchia generazionale di ragazze e ragazzi che, grazie ai loro Docenti e per loro fortuna, hanno potuto seguire laboratori di robotica educativa da più di due anni (tra elementari e medie), è necessario – e possibile – ampliare l’offerta formativa relativa a questa tecnologia didattica spostando in avanti di alcuni gradini la conoscenza e l’utilizzo di strumenti che i giovani impiegheranno nelle loro professioni.

Per questo, stiamo sperimentando nuove applicazioni e nuove sinergie che dettagliamo di seguito. I nuovi corsi si integrano con quelli, già sperimentati da anni, che prevedono l’assemblaggio e la programmazione di kit robotici in collegamento con le materie curriculari.

Tutti i corsi elencati di seguito possono essere iniziati già alle scuole secondarie di primo grado.

Corsi di LabVIEW e robotica educativa per scuole secondarie di primo e secondo grado NI LabVIEW è un ambiente di programmazione grafica che include collegamenti e icone grafiche per lo sviluppo di un’ampia gamma di sistemi avanzati di controllo, misura e test. La piattaforma di LabVIEW è scalabile su obiettivi multipli e sistemi operativi ed è uno standard per la programmazione grafica fin dal 1986. La programmazione avviene con blocchi di funzione grafici drag-and-drop senza la scrittura di linee di testo.

L’applicazione di LabVIEW alla robotica educativa è molto interessante per diversi motivi. I robot autonomi svolgono alcune funzioni fondamentali: percepiscono l’ambiente, processano i dati raccolti e, su questa basse, agiscono. Queste tre funzioni comprendono la comunicazione tra intelligenza centrale e sensori per l’analisi dei dati ambientali, l’esecuzione di algoritmi per la localizzazione e il planning, e la guida degli attuatori che controllano il movimento del robot. LabVIEW gestisce precisamente ognuno di questi compiti fornendo i driver per l’interfacciamento con i sensori, fornendo tool per lo sviluppo e il riuso degli algoritmi esistenti e l’integrazione con l’hardware per i motori.

Gli studenti che abbiano lavorato su Lego NXT conoscono già molti di questi concetti. Partendo dalla programmazione iconografica già impiegata sul kit di Lego NXT (basata su LabView) gli studenti possono progredire nell’uso di LabView, grazie al corso sviluppato da Scuola di Robotica. Abbiamo messo in collazione i comandi iconografici usati su Lego NXT con quelli di LabView mostrando lo sviluppo da uno all’altro. Studenti che posseggano una conoscenza di base di LabVIEW potranno così aspirare a realizzare un loro robot autonomo.
Vedi (in inglese): http://www.ni.com/robotics/education.htm
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8187

ARDUINO e i robot
Arduino è una piattaforma hardware per il physical computing sviluppata all’Interaction Design Institute di Ivrea. Arduino è basata su una semplicissima scheda di I/O e su un ambiente di sviluppo che usa una libreria Wiring per semplificare la scrittura di programmi in C e C++ da far girare sulla scheda. Arduino può essere utilizzato per lo sviluppo di oggetti interattivi stand-alone ma può anche interagire, tramite collegamento, con software residenti su computer, come Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider.
La piattaforma hardware Arduino è distribuita agli hobbisti generalmente in versione preassemblata, acquistabile in internet o in negozi specializzati, ma le informazioni sul progetto hardware sono rese disponibili a tutti in modo che chiunque lo desideri possa legalmente costruirsi un clone o una versione modificata di Arduino.
Il progetto ha preso avvio in Italia a Ivrea, nel 2005, con lo scopo di rendere disponibile, a progetti di Interaction design realizzati da studenti, uno strumento per il controllo che fosse più economico rispetto ad altri sistemi di prototipazione disponibili all’epoca.

Arduino UNO è la nuova e migliorata versione di Arduino Duemilanove, semplice da utilizzare per sviluppare oggetti interattivi autonomi, é compatibile con la maggior parte dei sensori e attuatori sul mercato grazie a ciò si può utilizzare per imitare kit robotici come NXT, Parallax ecc. Arduino Duemilanove può essere il “cervello” del robot in grado di inviare e ricevere i segnali e quindi di agire sulla base di calcoli e logica. I vantaggi dell’impiego di Arduino per la realizzazione di piccoli robot sono, rispetto ad altri kit, il basso prezzo, la facilità reperibilità dei pezzi, la grande diffusione. Arduino può essere usato in robotica per creare veri robot di qualunque forma e qualunque complessità, infatti la filosofia di Arduino si basa sul concetto di creare progetti, anziché limitarsi a parlarne. È possibile costruirsi un robot da zero utilizzando materiale di riciclo, oppure usando una base dalla quale partire per poi completarlo a piacimento. Scuola di Robotica sta sperimentando Arduino UNO su vari modelli di robot.

Corsi su CAD 3D per scuole secondarie di primo e secondo grado
Esistono software liberi per la progettazione meccanica 3D che contengono moduli per la creazione di parti, per l’assemblaggio delle stesse e per la realizzazione di un disegno con viste e tutte le quote
necessarie per la realizzazione del pezzo. Scuola di Robotica ha introdotto corsi su CAD 3D allo scopo di offrire alla scuola uno strumento professionale e flessibile per la progettazione meccanica 3D, la simulazione dei robot in fase di progettazione, la creazione di parti (sensori, attuatori) e la comunicazione progettuale. È così possibile:
• Imparare a progettare come i professionisti, perché il modello digitale integra tutti i dati di progettazione;
• visualizzare il progetto: si può creare una rappresentazione virtuale del prodotto finale prima ancora della sua effettiva realizzazione.
• simulare: si possono simulare per via digitale le funzioni reali del robot;
• verificare sui robot reali.

Kuka Sim per scuole secondarie di secondo grado
Kuka è una delle maggiori società mondiali di produzione di robot industriali e sistemi di controllo. La corrispondente italiana, KUKA Roboter Italia S.p.A. dispone di un know-how specifico nella
ingegnerizzazione di sistemi robotizzati con impianti realizzati in tutto il mondo; in più, in Italia, è attiva una stretta collaborazione con operatori specializzati in settori specifici, i KUKA System
Partner. Kuka Italia e Scuola di Robotica collaborano da alcuni anni sul comune obiettivo di far conoscere e promuovere la robotica industriale e di servizio collegata in particolare allo sviluppo e applicazioni dei bracci robotici. Kuka e Scuola di Robotica hanno sviluppato un programma didattico per gli Istituti Tecnici e Professionali, e i Licei Tecnologici dedicato all’uso del Sim Pro Kuka.
Fare didattica con Kuka.Sim Pro è il primo passo verso l’acquisizione dell’abilità di operare su di un robot reale.
Studenti che abbiano studiato su Kuka Sim Pro possono uscire dagli Istituti con competenze direttamente utilizzabili in tempo reale, perché avranno applicato le conoscenze teoriche su uno strumento che è impiegato a livello professionale in molte aziende di Automazione e Robotica. Fare didattica con Kuka Sim Pro è il primo passo verso l’acquisizione di un robot reale, poiché nulla di quanto acquistato e imparato andrà perduto, anzi facilita la creazione di progetti comuni scuolaindustria.
In tal senso, il Kuka Sim Pro, oltre che un importante strumento impiegato in azienda, è una tecnologia didattica molto sofisticata che permette agli studenti di integrarsi direttamente nel mondo del lavoro.
Esso è inoltre uno strumento didattico che permette agli studenti di sviluppare argomenti complessi comprendendo immediatamente e praticamente le relazioni fra le nozioni studiate nei diversi corsi (disegno, meccanica, cad, programmazione, automazione, metodi produttivi….). Gli studenti possono lavorare su Kuka Sim Pro come se fossero già abilitati a programmare una cella robotizzata, e questo NON mediante una simulazione euristica, ma mediante uno strumento di effettiva programmazione su un braccio reale.
Infatti, Kuka Sim Pro non è solo uno strumento didattico, ma un prodotto professionale, che può funzionare anche da tecnologia didattica.

Lo studio sulla programmazione di una cella robotizzata è di grande utilità per studenti di Istituti Tecnici e professionali, e di Licei Tecnologici, perché consente al Docente di introdurre l’insegnamento della programmazione in modo diretto e pratico, con un feed-back interessante per la verifica della comprensione da parte degli studenti.

Gli studenti possono applicare l’apprendimento della programmazione direttamente su una cella robotica, anche se “virtuale”, che mantiene tuttavia le caratteristiche “fisiche” di una cella reale.

Gli studenti possono così:
• imparare a dimensionare una cella robotizzata,
• prendere confidenza con i vari modelli di robot,
• imparare a programmare un robot, anche senza avere un robot a disposizione,
• ottenere delle informazioni predittive: collisioni, tempi ciclo, ecc.
• sviluppare pratica e confidenza con l’automazione flessibile.

Dal punto di vista dei costi/benefici, il Kuka Sim Pro permette, con una piccola spesa:
• la programmazione identica al reale,
• la visualizzazione 3D,
• la modellazione di celle,
• le verifiche fattibilità,
• creazione di simulazioni (x Sim Viewer).

Roberta, le ragazze scoprono i robot
Roberta è un progetto ideato nel 2002 dall’Istituto Fraunhofer IAIS (Institute for Intelligent Analysis and Information Systems ) di Bonn in risposta alla carenza di ragazze che si iscrivevano a corsi di studi in settori tecnoscientifici. Il vuoto di donne impegnate nei campi ICT in Europa è indicato dal fatto che in Germania, la nazione più sviluppata tecnologicamente dell’Europa, nel 2005 su 310,000 studenti orientati a settori tecnoscientifici, solo 50,000 erano ragazze,. Nel 2002 il Fraunhofer, in collaborazione con il Ministero dell’Istruzione, la LEGO Educational Division, il Ministero Pari Opportunità e l’Associazione delle Donne Imprenditrici della Germania finanziarono il progetto, chiamato “Roberta, le ragazze scoprono i robot”, che si è proposto di promuovere l’interesse delle bambine e delle ragazze verso il mondo della scienza, della tecnologia e delle ICT attraverso la Robotica Educativa. Nelle scuole di ogni ordine e grado, iniziando anche dalle primarie, bambine e bambini, in team inizialmente separati e poi misti assemblano e programmano kit di robot.

Il progetto riguarda la fascia di età corrispondente alle nostre scuole secondarie di primo grado e prevede corsi di programmazione e progettazione per assemblare e far funzionare semplici robot.
Dopo sette anni di sperimentazione di Roberta, anche in sede europea, si può affermare che queste tecnologie didattiche, associate a una metodologia studiata in particolare per avvicinare la ragazze, rappresentano uno strumento didattico straordinario per l’apprendimento delle scienze, per lo sviluppo di capacità varie e per la promozione del lavoro di gruppo presso ragazze e ragazzi.
Nell’ambito di Roberta, sono stati sperimentati kit robotici particolarmente orientati alla scoperta e all’intervento ambientale, proprio per far leva sull’interesse e la sensibilità della ragazze verso i temi ambientali e verso i temi della solidarietà sociale.
Scuola di Robotica ha espresso, sin dall’inizio, come associazione, un particolare e continua sensibilità al tema “donne e tecnologia”. Nel febbraio del 2008, dopo un corso tenuto dai
rappresentanti del Fraunhofer a Genova, Scuola di Robotica è stata nominata Regional Center di Roberta per l’Italia.
http://www.roberta-home.de/en
http://roberta.isii.it/
http://www.mcetorino.it/roberta.htm
Progetti dedicati

Robotica educativa nell’autismo
Diversi studi e sperimentazioni (progetti IROMEC – Interactive Robotic Social Mediators as Companions); il progetto AURORA – Autonomous mobile Robot as a Remedial tool for Autistic children) hanno mostrato l’utilità dei robot nello stimolare l’attenzione e la curiosità dei soggetti autistici, promuovendone l’interazione con queste macchine intelligenti. Scuola di Robotica ha iniziato una collaborazione con alcuni enti che si dedicano ai ragazzi autistici utilizzando la robotica educativa. I piccoli robot aiutano i ragazzi a interagire tra di loro e con gli assistenti. Obiettivo dei laboratori non è insegnare la robotica ma insegnare attraverso l’uso della robotica. In questo caso si vuole proporre un metodo in più per facilitare gli apprendimenti e migliorare le relazioni all’interno di un gruppo attraverso un approccio efficacemente calibrato sulle differenti persone che apprendono.

Robotica educativa e creatività nelle scuole in ospedale
Il lavoro delle maestre delle Scuole in Ospedale è prezioso per garantire la continuità educativa dei bambini ricoverati e grazie ai numerosi progetti didattici cui partecipano, i bambini si sentono parte di un progetto di più ampio respiro, un progetto più grande di una singola scuola o dell’ospedale stesso, progetti che aprono le porte del mondo e fanno partecipare i bambini ospiti dell’ospedale a un tutto più grande di loro. Sulla base di questa filosofia viene portata avanti la collaborazione tra le

Scuole in Ospedale e Scuola di Robotica.
Le insegnanti hanno notato come, al bambino, tanto più se ospedalizzato, piaccia operare su oggetti concreti, in 3D, che lo alleviano dal mettere in primo piano le proprie competenze, come, per esempio, la “motricità fine”, spesso messa a dura prova dall’assunzione di farmaci chemioterapici e cortisonici, nonché dagli interventi chirurgici stessi; anche la possibilità di vedere in rete i propri lavori, grazie al blog di Robotica Educativa "Rob&Ide", e la "messa in mostra" degli stessi (Scuola di Robotica organizza mostre periodicamente), hanno sortito degli effetti psicologici non trascurabili.
L’oggetto di costruzione della conoscenza (artefatto), nella Robotica Creativa, non viene realizzato con materiale “strutturato”, come nel caso dei kit di microrobotica, propri della Robotica Educativa, ma viene costruito con materiale di recupero (interamente riciclato, e quasi esclusivamente, tecnologico), non strutturato, potenziando egualmente la conoscenza individuale e la sua modellizzazione a livello autonomo.
Le consonanze tra la Robotica Educativa e la Robotica Creativa si sono colte, con maggior evidenza, negli artefatti creativi meccanizzati, che rappresentano il punto di raccordo tra le due discipline. Tale disciplina, comunque, non è risultata soltanto foriera di spunti didattici, ma inoltre ha dimostrato di naturalizzarsi perfettamente con quelle che sono le esigenze psicologiche del bambino-ragazzo malato (ricordiamo che, nella Scuola in Ospedale, la fascia di età dell’utenza va dai 2 ai 16 anni e oltre. Per questo, sotto la denominazione “bambino malato”, per generalizzazione, si include anche l’adolescente.
Grazie alla Robotica Educativa e Creativa il bambino malato, oltre ad aver riscoperto la sua parte "sana", si è sentito parte di una realtà più ampia, che va oltre l’ospedale stesso, una realtà di condivisione; ha anche accettato il fatto di non "portare a casa" i propri lavori, che, invece, diventeranno, successivamente, oggetto di mostre e saranno visibili in rete. Tutto questo è risultato di notevole importanza, se si considera che spesso il bambino malato, proprio per il suo stato di precarietà, tende a collegare il "fare", il "creare", il "produrre" all’esigenza di lasciare un "segno"
del suo "passaggio".
Si è riservata, inoltre, una particolare attenzione al tipo di comunicazione che si instaura tra insegnante che "assiste", "accompagna" e "sostiene" il bambino nel suo "atto creativo": relazione mediata dall’"oggetto", incentrata sul "fare creativo", che diviene fonte di un legame denso di significato… di un "far essere insieme". La centralizzazione comunicativa sull’"oggetto" è fondamentale per il bambino malato, proprio perché questi non ama mettersi in "primo piano", a causa dell’ibridazione del sé conseguente all’ospedalizzazione e ai suoi traumi.
Diversi tipi di malattia (per esempio, quella emato-oncologica) lasciano evidenti "segni" sul "corpo"; termini come "rotto", "malato", "guasto", spesso, nell’utilizzo semantico della nostra cultura, hanno delle valenze simili, tanto da farci supporre che sia stato dovuto a questo il successo che tale tipo di attività, basata esclusivamente sul recupero di materiali di riciclo, ha riscosso presso i nostri bambini. Il "robot", anche nella categoria dei giocattoli, è annoverato tra quelli facente funzione di "personaggio"; nell’immaginario collettivo, poi, per lo più, viene vissuto come figura inusuale, curiosa, simpatica e divertente, specie nelle opere destinate al pubblico infantile: quale vissuto empatico può svilupparsi tra robot e bambino malato?

www.scuoladirobotica.it

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