Tallers de robòtica submarina



Aquests tallers estan inspirats en el Sea Pearch Program del Massachusetts Institute of Technology (MIT) (http://seaperch.mit.edu/index.php) i intenten atreure i motivar estudiants envers la tecnologia mitjançant la construcció i el control remot de vehicles submarins. Es pretén propiciar la imaginació dels estudiants en les diferents parts del disseny, i prioritzar, evidentment, aspectes d’enginyeria i que els vehicles resultants han de respectar l’entorn subaquàtic.

Un remotely operated vehicle (ROV) és un vehicle submarí no tripulat, controlat a través d’una consola de comandament unida a aquest mitjançant un cordó umbilical. Aquests vehicles submarins controlats a distància van equipats amb motors per a la propulsió, i poden portar sensors de diferents característiques, càmeres submarines i ginys d’intervenció, com ara braços mecànics.

Desenvolupament

 

Introducció

 

La tecnologia, i especialment la robòtica, és quelcom que resulta molt atractiu per als joves. Desafortunadament, quan creixen, acostumen a percebre els temes tecnològics i d’enginyeria com quelcom difícil i desconegut, la qual cosa provoca que deixin de considerar la possibilitat de seguir titulacions relacionades amb la tecnologia, les enginyeries i les matemàtiques. Els Tallers de robòtica submarina han estat dissenyats per a joves i també poden estar adreçats al públic en general. En el marc del desenvolupament de l’activitat, es consideren i es treballen diferents tipus de conceptes, com ara les lleis de Newton, el principi d’Arquímedes, el control de motors de corrent continu, aspectes d’enginyeria relacionats amb el disseny de l’estructura i el xassís del vehicle i la ubicació dels motors, el maneig d’una palanca de control, l’estudi de diferents tipus de sensors, el disseny i la construcció de diferents tipus d’actuadors amb diferents tecnologies, la utilització de plaques microcontrolades, la programació, l’anglès, el treball en equip, la generació de documentació, etc., sense deixar de banda altres consideracions que són molt interessants, com ara la utilització correcta i segura d’eines professionals, la manipulació de diferents tipus de materials, el treball en un entorn professional real, el contacte i el treball en un centre de recerca universitari i amb els seus investigadors, el compliment de normatives de seguretat, la utilització habitual de la llengua anglesa, etc.

Des del curs 2014-2015, s’han començat a introduir conceptes més avançats en els tallers en el cas que aquests s’adrecin a estudiants amb un grau de maduresa més alt. Aquestes edicions específiques se centren en la robòtica submarina autònoma (Autonomous Underwater Vehicles [AUV]). En aquest cas es tracta de posar en marxa un vehicle submarí programable, que emula el comportament d’aquests vehicles submarins autònoms utilitzats en missions reals d’exploració i en recerca. Amb aquesta finalitat, els estudiants treballen amb plataformes electròniques de codi obert basades en la utilització de maquinari i programari de baix cost (o gratuït) i fàcil d’utilitzar.

Objectius

 

  1. Fer una aplicació pràctica dels coneixements de diferents aspectes de l’enginyeria i de la tecnologia, que es poden adquirir en els diferents graus que s’imparteixen a l’Escola Politècnica Superior de la Universitat de Girona.

  2. Posar en pràctica procediments i maneres de treballar que són propis del desenvolupament de projectes d’enginyeria.

  3. Explicar als estudiants participants els diferents projectes de recerca i de vehicles subaquàtics desenvolupats al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina (CIRS) de la Universitat de Girona i discutir-los.

  4. Dur a terme la interacció i el treball dels estudiants amb investigadors sèniors de la universitat, que és un factor molt motivador per a incrementar l’interès dels estudiants per la ciència i la tecnologia.

Metodologia

 

Els tallers es porten a terme al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina de la Universitat de Girona, al Parc Científic i Tecnològic, un laboratori dissenyat expressament per al desenvolupament de projectes de robòtica submarina que també disposa d’una piscina de proves per als vehicles que es desenvolupen. L’activitat es pot fer en qualsevol piscina o fins i tot en instal·lacions més modestes.

 Es desenvolupen en 3 grans blocs, cadascun en un dia diferent.

Es treballa en equips de 4 estudiants (el nombre màxim de participants en el taller és de 24 estudiants). En cada edició es desenvolupen 5 o 6 prototipus de robot submarí.

La durada aproximada de l’activitat és de 3 sessions d’unes 7 hores cadascuna (20 hores de treball amb contacte permanent amb el professorat).

Tot i l’estructuració de l’activitat que es comenta en aquest apartat, aquesta és completament flexible i es pot programar emprant altres formats. Es pot incloure la possibilitat de dur-la a terme parcialment al centre de secundària (amb el suport de les persones encarregades de l’activitat) i acabar-la de refinar al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina.

Avaluació i resultats

 

L’exploració dels entorns subaquàtics i de l’oceà sempre és un desafiament molt important per a la humanitat, que resulta molt atractiu als joves i els suposa un estímul de la seva vocació envers les disciplines tecnològiques i científiques.

Els estudiants joves són, de natural, molt curiosos respecte al món que els envolta. El construccionisme és una teoria d’aprenentatge que defensa que l’aprenentatge és un procés actiu de construcció de coneixement. Aquesta construcció del coneixement es produeix d’una manera molt més efectiva quan es construeixen objectes i artefactes que són tangibles i compartibles.

En particular, es considera que aquestes activitats pràctiques de caire construccionista són molt rellevants a l’hora d’exposar els estudiants als camps de la ciència, la tecnologia, l’enginyeria i les matemàtiques (STEM és l’acrònim en anglès per Science, Thecnology, Engineering and Mathematics). Si s’hi afegeix l’art, aquestes activitats encara són més poderoses (STEAM).

Segons la nostra opinió, el nombre d’experiències que s’han portat a terme fins ara és molt important, amb la participació, principalment, de centres de secundària de les comarques de Girona, tot i que s’espera que es puguin ampliar a altres centres de comarques properes. En tots els casos la valoració que els estudiants participants i els professors fan de l’experiència participants fan de l’experiència és molt positiva. No hi ha evidències clares en aquest sentit, ja que aquestes opinions s’han recollit sovint en acabar l’activitat i poques vegades ens han arribat per escrit. Tot i això, el grau de satisfacció és molt alt, i es considera que l’activitat és adient per als propòsits exposats.

Aquest darrer aspecte de la valoració personal de l’activitat presentada és tal vegada el més important de tots, atès que es considera sincerament que les relacions, el coneixement i els projectes conjunts entre els centres de secundària –i també de primària– i els centres universitaris es quelcom que cal potenciar, perquè són extraordinàriament beneficiosos per als estudiants i per als docents de tots aquests àmbits.

Fins al moment d’elaborar aquest informe, s’han fet 42 edicions dels Tallers de robòtica submarina, i n’hi ha, com a mínim, 5 edicions més programades per a l’any 2018. S’ha treballat directament amb uns 690 estudiants i s’han construït, fins ara, 165 robots submarins.

Impacte / Sostenibilitat

 

Creiem que les publicacions referents a diferents aspectes dels tallers, els projectes FECYT del Ministeri d’Economia, Indústria i Competitivitat, el premi ITWorldEdu, la distinció Jaume Vicens Vives, la participació en fires (internacionals) i exhibicions de diferents tipus, i el fet d’haver tingut la possibilitat d’«exportar» l’activitat a les Illes Canàries i a l’Índia (projecte Inventors4Change) avalen molt bé la qualitat de l’activitat que presentem, la qual, a més, es pot considerar gairebé única, ja que no tenim referents d’altres activitats de construcció de robots submarins de baix cost com aquesta, sobretot a Europa, i això és quelcom que fa molt especial i característica aquesta activitat.

Considerem també que els Tallers de robòtica submarina són una manera molt adequada d’explicar la recerca en robòtica submarina. Actualment la majoria dels projectes de recerca han d’anar acompanyats d’activitats de divulgació adequades.

Considerem també que l’activitat és fàcilment realitzable i adaptable a diferents entorns i situacions. Tampoc no creiem que sigui imprescindible haver de considerar tota l’activitat com un conjunt.

A més, l’activitat, tal com s’ha definit, proposa uns materials determinats per a dur-la a terme. Es tracta d’una proposta. Tothom ha de sentir la llibertat d’assajar altres propostes diferents que poden resultar tan adequades, com les que s’han presentat, o fins i tot més.

Línies futures / Noves oportunitats

 

Es considera que l’activitat té molt recorregut, segons la interpretació que se’n faci. Sempre hi ha la possibilitat d’incorporar-hi nous elements, nous aspectes, nous blocs i nous conceptes que hi puguin estar relacionats d’una manera directa o indirecta. Per exemple, es pot investigar en la incorporació de blocs de sensors al vehicle que puguin estar relacionats amb paràmetres d’interès que es vulguin investigar.

Un altre exemple és la incorporació de plaques electròniques programables, que ha permès incidir en temàtiques relacionades amb la informàtica i amb la programació d’aplicacions, la programació de trajectòries, l’anàlisi de sistemes físics reals, etc.

Conclusió

 

L’activitat està lligada completament a les noves maneres d’aprendre, com ara l’aprenentatge basat en projectes transversals, amb la creativitat, amb el treball en equip, i hi incideix en diferents competències i completament d’acord amb la filosofia Maker i Do it Yourself (aprenentatge, entreteniment i estalvi) que tant s’està potenciant en altres països i relacionada de vegades amb certs moviments contraculturals molt interessants.

El resultat final de l’activitat és un artefacte que han fabricat els estudiants amb les seves pròpies mans, fet que reforça extraordinàriament el vincle que tenen amb l’activitat, a més de ser quelcom molt atractiu. El robot submarí navega per sota de l’aigua amb una gràcia i una suavitat impressionants, la qual cosa és molt sorprenent, en el millor sentit, per a qui hi ha estat treballant.

El que sí que s’intenta sempre és utilitzar materials de baix cost i eines que siguin fàcils d’obtenir. L’activitat és fàcilment realitzable per part dels professors de tecnologies i de ciències dels centres de secundària. Es considera que, després de molt poques hores de formació (dues o tres) i d’una mica de pràctica i atreviment, el professorat pot portar a terme l’activitat amb total independència. A més, sempre hi ha la possibilitat de recórrer a l’experiència dels investigadors del nostre grup de recerca per a qualsevol dubte que es pugui tenir en qualsevol aspecte de l’activitat.

Per acabar, voldríem valorar com a excel·lent la relació, la sinergia i la confiança mútua existent entre el centres de secundària on s’ha portat a terme l’experiència i els membres del grup de recerca, com a fruit de tot aquest temps de col·laboració amb el projecte dels Tallers de robòtica submarina.

Referències bibliogràfiques

 

D. A. (2014). Taller de Robótica Submarina (Manual de Construcción de un ROV). Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN: 84-695-8338-7.

D. A. Taller de Robòtica Submarina (Manual de Construcció d’un ROV). (2015). Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN 978-84-606-6892-3. [Traducció i adaptació de la publicació del llibre del PLOCAN al català].

D. A. Manual de Implementación de Arduino y Scratch para el Control de ROVs. (2016). Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN: 978-84-608-6554-4.

D. A. «Team-based building of a remotely operated underwater robot, an innovative method of teaching engineering». Journal of Intelligent Robotic Systems (special issue on Teaching Robotics), gener 2015.

Conferències

«Attracting talent to increase interest for engineering among secondary school students». Diversos autors. IEEE Engineering Education Conference. «Learning Environments and Ecosystems in Engineering Education» (IEEE-EDUCON'2011). Amman, abril 2011. [Ponència en congrés internacional.]

«Building and Driving R2B2. Team-based Building of a ROV for Secondary School Students». Investigador principal. Jornades de la Robòtica a les Escoles. Escola d’Enginyers Industrials de Catalunya. Barcelona, abril 2012. [Ponència invitada.]

«Scratching Underwater». Diversos autors. Poster Session and Demonstration. Scratch Conference. MIT MediaLab. Massachussets Institute of Technology. Cambridge, agost 2016. [Sessió de pòster i demostració in situ.]

«Tallers de Robòtica Submarina per a Estudiants de Secundària». Diversos autors. 1a Jornada de Ciència, Tecnologia i Educació. ICE Josep Pallach de la Universitat de Girona. Girona, juny 2011. [Presentació d’una experiència educativa.]

 «Team-Based Workshop to Engage Young Students in Engineering and Science: Building and Driving a ROV (R2B2). Two special editions in India». Diversos autors. Conferència Invitada. Congrés OCEANS’2015. Gènova, maig 2015. [Ponència en congrés internacional.]

«Team-Based Building of a Remotely Operated Underwater Robot as a Method to Increase Interest for Engineering among Secondary School Students». Diversos autors. 4th International Conference on Education and New Learning Technologies. Barcelona, juliol 2012. ISBN: 978-84-695-3491-5 / ISSN: 2340-1117. EDULEARN12 Proceedings. [Pòster en congrés internacional.]

Imatges

Imatge 1



Imatge 2



Imatge 3



Imatge 4



Imatge 5



  • Universitat / Facultat
    Universitat de Girona (UdG)
    Escola Politècnica Superior
  • Tipus
    Metodologies centrades en l’estudiantat
  • Equip de treball / Contacte

    Xavier Cufí, Miki Villanueva, Andrés ElFakdi, Josep Quintana, Natàlia Hurtós, Joan Massich, Anna Bosch, Narcís Palomeras, Àlex Ribas, Anna Renart, Jordi Freixenet, Eduard Muntaner, Albert Figueras, Joan Esmandia i Eduard Pascual.

    Contacte: Xavier Cufí

  • Any
    2018