A Ciência Robótica

Antes de conceituar Robótica, conceituaremos Ciência.

Ciência pode ser conceituada como “a soma dos conhecimentos humanos considerados em conjunto, estruturados com métodos, teorias e linguagens próprias, que visam compreender e orientar a natureza e as atividades humanas”.

Robótica também é uma ciência. Ela é a ciência que estuda a construção de robôs, e envolve várias outras disciplinas, como: matemática, física, história, geografia, engenharia mecânica, engenharia elétrica, inteligência artificial, entre outras. Ela é uma ciência multidisciplinar!

Robô é o produto final desta ciência. Robô é uma máquina pré programada com fins específicos.

Podemos classificar a Robótica em dois grandes grupos: Robótica Industrial e Robótica Educacional. Em linhas gerais, temos:

Kits de Robótica Educacional

Kit de Robótica Educacional é um conjunto de componentes utilizado para se montar robôs. Em linhas gerais, possui um microcontrolador (computador), sensores, motores, engrenagens e eixos, peças em geral, software de programação.

São vários os fabricantes e modelos desses kits. Em uma escolha de kits de robótica educacional devemos considerar quais conceitos científicos podemos explorar e, se possível, que seja possível explorar todas as disciplinas básicas de um currículo escolar, ou currículo específico, bem como temas transversais e conceitos de engenharias. Não devemos esquecer a faixa etária do material pedagógico (kit).

Kit LEGO® Mindstorms™ RCX® e NXT®

LEGO^® Mindstorms™ é uma linha do brinquedo LEGO^®, lançada comercialmente em 1998, voltada para a Educação Tecnológica (Robótica Educacional).

Os Kits de Robótica Educacional LEGO^® Mindstorms™ RCX^® e NXT^®, são kits utilizados para além da função lúdica. Esses possuem função didática em instituições de ensino, abordando a teoria e a prática de conteúdos disciplinares, permitindo o desenvolvimento de projetos de pequeno e médio porte. Esses kits são normalmente indicados para pessoas a partir de 11 anos de idade.

Informações Técnicas sobre RCX® e NXT®

O RCX^® e NXT^® são blocos programáveis inteligentes (microcontroladores ou computadores) LEGO^®, microcontrolados, que permite dar vida a aplicações robóticas e dispositivos em geral, possibilitando a realização de diferentes operações e montagens.

Com suas combinações do sistema de construção LEGO^®, um software (programa de computador) amigável, professores, estudantes e usuários em geral, podem colocar seus conhecimentos científicos em prática, de forma desafiadora, levando a novas descobertas e idéias científicas.

Esses equipamentos são responsáveis por “dar vida” ao equipamento, ou seja, “dar vida” ao robô. Sem eles, nesse sistema de robótica educacional da LEGO^®, teríamos somente um “monte” de peças de plástico ou metal, mas sem “vida”.

Especificações Técnicas do Bloco Programável RCX^® (resumo)

Microprocessador - Hitachi;

Memórias - 16 Kbytes ROM, 512 bytes RAM (Estática SRAM) e 32 Kbytes SRAM no RCX;

Porta de Comunicação - Serial - Torre Infravermelha;

Capacidade de armazenamento de 5 programas;

Três portas de Entrada - Sensores 9v digitais e analógicos;

Três portas de Saída;

Display Alfanumérico;

Alto falante - Monofônico tipo Bip;

Alimentação - Fonte alimentação ou pilha (6 pilhas AA).

Especificações Técnicas do Bloco Programável NXT^® (resumo)

Microprocessador - 32 bit ARM7;

Memórias - 256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM;

Coprocessador - 8 bit AVR;

Memórias - 4 Kbytes FLASH, 512 Byte RAM;

Comunicação Wireless - Bluetooth;

Bluetooth classe II V2.0;

Porta de Comunicação - USB 2.0;

Quatro portas de Entrada - a seis fios em plataforma digital;

Uma destas padrão IEC 61158 do tipo 4 - EN 50170;

Três portas de Saída digital - a seis fios em plataforma digital;

Display tipo Matriz - 60 x 100 pixels;

Alto-falante - 8 KHz com qualidade Sonora;

Alimentação - Bateria recarregável de lithium;

Conversor para recarga da bateria - 120/240VAC 60Hz.

Kits de Robótica Educacional LEGO®

Existem vários kits de robótica educacional LEGO^®. Há kits de robótica direcionados para alunos do ensino fundamental I, II, ensino médio e ensino superior.

É fácil entender essa divisão, pois, por exemplo, crianças menores de 11 anos, como sabemos, possuem necessidades diferentes na área de educação. Essas, em geral, encontram-se em outra etapa de desenvolvimento escolar.

Exemplo de Kits de Robótica LEGO^® para o Ensino Fundamental I

Exemplo de Kits de Robótica LEGO^® para o Ensino Fundamental II, Médio e Superior

Kits de Robótica Educacional Diversos

Existem vários modelos de kits de robótica educacional, sendo fabricados ou montados por vários fabricantes, ou mesmo produzidos por professores e estudantes, ou usuários interessados. Esses podem ser com material similar ao da LEGO^®, material de metal, ou mesmo sucatas.

Motores (conceitos)

Um Motor é um dispositivo que converte outras formas de energia em energia mecânica, de forma a impelir movimento a uma máquina ou veículo.

Existem alguns tipos de motores, como: tração animal, turbinas, máquinas a vapor, motor de combustão interna, motor de ar comprimido, motor elétrico, motor híbrido.

O Motor Elétrico é mais utilizado na robótica educacional. Esse tipo de motor é um grande avanço na indústria. Ele veio acelerar a mobilidade, pois tem forma de tração mais simples e eficaz, não necessitando de caixas de velocidades, e muito mais silencioso, com índices de poluição quase zero, e a produção de energia é simples e eficaz.

Sensores (conceitos)

Um Sensor é geralmente definido como um dispositivo que recebe e responde a um estímulo ou um sinal. Porém, os sensores artificiais são aqueles que respondem com sinal elétrico a um estímulo ou um sinal.

Um Transdutor, por sua vez, é um dispositivo que converte um tipo de energia em outra, não necessariamente em um sinal elétrico. Muitas vezes um sensor é composto de um transdutor, e uma parte que converte a energia resultante em um sinal elétrico. Podem ser de indicação direta (como um termômetro de mercúrio ou um medidor elétrico) ou em par com um indicador (algumas vezes indiretamente com um conversor de analógico para digital, um computador e um display), de modo que o valor detectado se torne legível pelo homem.

Além de outras aplicações, os sensores são largamente usados na medicina, indústria e robótica.

Microcontroladores (conceitos)

Um Microcontrolador (também denominado MCU ou µC) é um “computador-num-chip”, contendo um processador, memória e funções de entrada/saída. É um microprocessador que enfatiza a alta integração, em contraste com os microprocessadores de uso geral (do tipo usado em computadores pessoais). Além dos componentes lógicos e aritméticos usuais de um microprocessador de uso geral, o microcontrolador integra elementos adicionais, tais como memória RAM, EEPROM ou Memória Flash para armazenamento de dados ou programas, dispositivos periféricos e interfaces de E/S que podem ir de um simples pino digital do componente a uma interface USB ou Ethernet nos mais avançados (como o ARM LPC2368).

Programação de Robôs (conceitos)

Algoritmo é um conjunto definido de operações e passos ou procedimentos que objetivam levar a um particular resultado. Por exemplo, com algumas exceções, os programas computacionais, as fórmulas matemáticas e (de forma ideal) receitas médicas e culinárias, são algoritmos.

Quando se fala de programação de robôs, a idéia é “dar vida”, movimentos ao robô. E para isso devemos pensar que tipo de instruções esse robô irá executar, por isso utilizamos algoritmos. Depois de feito o algoritmo (rotina definida que o robô executará), passamos para a linguagem de programação e transferência dessa programação para o módulo de controle de robô (microcontrolador ou computador).

Linguagem de Programação (conceitos)

Uma Linguagem de Programação é um método padronizado para expressar instruções para um computador. É um conjunto de regras sintáticas e semânticas usadas para definir um programa de computador. Uma linguagem permite que um programador especifique precisamente sobre quais dados um computador vai atuar, como estes dados serão armazenados ou transmitidos e quais ações devem ser tomadas sob várias circunstâncias.

Para que o robô adquira “vida”, temos que programá-lo. Programá-lo, então, nada mais é que transferir para o robô o que desejamos que ele faça, mas de forma padronizada. No casa dos kits de robótica educacional da LEGO^®, utilizamos uma linguagem de programação própria da LEGO^®, pela qual programamos esses robôs, ou seja, “damos vida a eles”.