Progetto di un laboratorio didattico Per le Scuole superiori di 1° e 2° grado Antonio Dal Borgo - Palestra della Scienza - Faenza 21 aprile ore 17 1

2 Laboratorio didattico Spazio per la condivisione di esperienze e progetti Ambiente di lavoro in cui produrre materiale didattico Strumenti a disposizione:  Robot educativi (da 8 a 12)  Sito internet (  Piattaforma di e-learning (Moodle)Moodle  Mailing list

Robot: etimologia La sua diffusione si deve allo scrittore ceco- slovacco Karel Čapek che, nel suo dramma teatrale del 1920 “R.U.R. (Robot Universales Rossum)”, chiama robota gli operai artificiali, creati dall'uomo e destinati al suo servizio Il nome robot deriva quindi da “robota”, termine che indica un lavoro di tipo pesante Attualmente la parola “robota” è presente nella lingua slovacca e polacca 3

Da “I robot universali di Rossum” «Il vecchio Rossum, grande filosofo, (…) cercò di imitare con una sintesi chimica la sostanza viva detta proto- plasma finché un bel giorno scoprì una sostanza il cui comportamento era del tutto uguale a quello della sostanza viva (…). Si ficcò in testa che avrebbe fabbri- cato addirittura l'uomo (…). Doveva essere un uomo, visse tre giorni completi (…). Allora venne l'ingegner Rossum, il nipote del vecchio, gli bastò dare un'occhiata all'anatomia per capire subito che si trattava d'una cosa troppo complicata e che un buon ingegnere l'avrebbe realizzata in modo più semplice (…). Il giovane Rossum inventò l'operaio con il minor numero di bisogni. Eliminò tutto quello che non serviva direttamente al lavoro, eli- minò l'uomo e fabbricò il Robot. »

Robot, cos’è? L'idea di “persone artificiali” è antica ed è presente in racconti e in mitologie di vari popoli Il compito del robot dovrebbe essere quello di aiutare l’uomo a svolgere lavori rischiosi, faticosi o noiosi Una definizione (non tecnica): “Sistema artificiale in grado di compiere azioni in modo autonomo, anche senza la presenza dell’uomo, sulla base di comandi ricevuti” 5

Robot: evoluzione Prima generazione: in grado di eseguire sequenze prestabilite di operazioni (es. braccio robotico SCARA) [wikipedia]wikipedia Seconda generazione: capacità di costruire un modello del mondo esterno, di correggerlo e perfezionarlo Terza generazione: in grado di costruire nuovi algoritmi e di verificarne la coerenza in modo autonomo (dotati di intelligenza artificiale) [video1] [video2] [video3]video1video2video3 6

Confronto Robot Uomo RobotUomo Unità di controllo (computer)Cervello SensoriOrgani di senso Attuatori (servomotori)Muscoli Microfono, altoparlanteBocca, orecchie TelecameraOcchi Braccia Gambe, ruoteGambe Struttura meccanicaScheletro Fonte di energia (batteria)Apparato di alimentazione 7

Uomini e robot Con lo sviluppo della tecnologia, appare sempre più concreta la possibilità di realizzare automi dotati di autonomia comportamentale Timore che gli esseri umani possano essere rimpiazzati dalle loro stesse creature Frankenstein (1818), che viene spesso definito il primo romanzo di fantascienza, è divenuto un sinonimo di questa tematica 8

Robotica: etimologia Il termine Robotica venne usato per la prima volta nei racconti di Isaac Asimov (1941) della sua famosa raccolta “Io, Robot” Sono citate le tre “Leggi della Robotica” (diventate poi quattro con l'introduzione della Legge Zero) Legge zero: Un robot non può arrecare danno all’umanità né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, l’umanità riceva un danno 9

Le Leggi della Robotica Prima legge: Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano riceva un danno Seconda legge: Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge Terza legge: Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima o con la Seconda Legge 10

11 Robotica Tecnologia che si avvale del contributo di molteplici discipline: Informatica Fisica Meccanica Elettronica Matematica Chimica dei materiali Neuroscienze

12 Robotica La robotica permette di dare sviluppo ad una riflessione cosciente sull’intelligenza artificiale, mettendo in evidenza le differenze tra ciò che è meccanico e ciò che appartiene alla vita biolo- gica reale, dando adito ad una nuova capacità dell'immaginario scientifico ed artistico di supe- rare i limiti della materialità per comprendere meglio la auto-organizzazione della vita. Da:

13 La Robotica a scuola ovvero una Robotica educativa

Robotica educativa Tecnologia didattica nata negli anni ’70 dal lavoro di S. Papert, poi di M. Resnick al MIT La robotica educativa non vuole essere un fine, ma un mezzo volto a sviluppare competenze di base e a realizzare lavoratori di sperimentazio- ne, necessari per una concreta innovazione della scuola Nell’ultimo decennio è stata adottata in molte scuole, diffusa anche tramite gare, manifesta- zioni e concorsi

15 Perché la Robotica a scuola? È un argomento che suscita interesse: i robot sono presenti in molti film, cartoni animati e racconti Ha la capacità di suscitare curiosità e generare un grado di attenzione prolungato nel tempo Il ragazzo assume un ruolo attivo nei confronti del robot, grazie a lui l’oggetto si muove e funziona Porta ad un arricchimento dell’offerta formativa aumentando la soddisfazione delle famiglie nei confronti della scuola

16 Perché la Robotica a scuola? Stimola gli studenti ad interessarsi alle materie scientifiche coinvolgendoli nel loro processo di apprendimento e stimolandone la capacità di progettazione Si inserisce nei progetti STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics): curriculum basato su di un metodo di appren- dimento interdisciplinare delle materie tecnico- scientifiche È in linea con progetti nazionali e comunitari

Informatica e programmazione Lavorare con i robot è un modo stimolante per programmare (coding) Perché i bambini dovrebbero imparare le basi della programmazione? Steve Jobs: "Everybody in this country should learn to program a computer, because it teaches you how to think“ Bill Gates: "Learning to write programs stretches your mind, and helps you think better, creates a way of thinking about things that I think is helpful in all domains“ 17

18 Non solo Tecnologia Letteratura: Isaac Asimov (Ciclo dei Robot) Philip K. Dick (Do Androids Dream of Electric Sheep?) Mary Shelley (Frankenstein) Cinema: Metropolis, Blade runner, L'uomo Bicentenario, Corto circuito, Star Wars, Star Trek, Io e Caterina Film di animazione: Robots, Wall-E, Jeeg Robot, Ufo robot, Il gigante di ferro, Mazinga

19 Fantascienza e Tecnologia «La buona fantascienza è scientificamente interessante non perché parla di prodigi tecnologici ma perché si propone come gio- co narrativo sulla essenza stessa di ogni scienza, e cioè sulla sua congetturalità» (Umberto Eco) Quando tra tecnologia, la scienza e la creati- vità non si pongono barriere, quello che ieri era fantascienza, oggi diventa realtà La robotica, come molte altre tecnologie, nasce prima come narrazione fantastica

Robot Educativi Aziende – Modelli – Caratteristiche – Costi 20

21 Robot educativi (o didattici) Prodotti di costo relativamente contenuto per essere utilizzati in ambito familiare, educativo e hobbistico Principali marchi: LEGO (WeDo, Mindstorm) Fischertechnik Meccano (Meccanoid) MakeBlock (mBot) Aldebaran (NAO, Pepper, Romeo)

22 Prima azienda a proporre la Robotica come strumento educativo Ha avviato un progetto “integrato” di ricerca e sviluppo per prodotti destinati al settore educativo Propone attività formative per docenti Prodotti destinati alle attività in classe: WeDo per la scuola primaria Mindstorm per la scuola secondaria

LEGO WeDo 2.0 Sviluppato per l'insegnamento della robotica educativa nella scuola di base (soprattutto elementare) Proposta educativa per iniziare a lavorare con la robotica a partire da 7 anni Disponibile il “Curriculum Pack” per l'insegnante con oltre 40 ore di lezione Caratteristiche piuttosto limitate, specie se confrontate con Mindstorm e mBot 23

24 LEGO WeDo 2.0

25 LEGO WeDo 2.0: Starter Pack Set Base: 129,99 € + IVA (22%) = 158,59 € Curriculum Pack: 249,99 € + IVA (22%) = 304,99 € Il Set base comprende: Smarthub (unità di controllo) 1 motore Sensore di inclinazione e di movimento Mattoncini con vassoio per far lavorare 2 studenti

Linea di prodotti Lego che fonde i “mattoncini” della serie Technic con dispositivi per la costruzione di robot ed altri sistemi automatici 26

27 Lego: il Mattoncino intelligente RCX (1998)NXT (2006)EV3 (2013)

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29 LEGO Mindstorm EV3

30 LEGO Mindstorm EV3 Il mattoncino intelligente EV3 amplia le sue funzioni rispetto alle precedenti generazioni Non solo sistema di controllo per robot: Sistema di acquisizione dati (data logger) per esperienze di fisica e scienze Può registrare dati su card Micro SD Si pone come alternativa a noti sistemi di acquisizione dati: Pasco, Vernier Proposto come strumento per didattica STEM Software di programmazione grafico intuitivo

31 Lego EV3 Mindstorm

32 LEGO Mindstorm EV3: Starter Pack Prezzo: 389,00 € + IVA (22%) = 474,58 € Starter Pack comprende: Mattoncino intelligente EV3 (con software) 3 servomotori interattivi Sensori: rotazione, distanza ad ultrasuoni, colore/luce, giroscopico, contatto Batteria ricaricabile con trasformatore Mattoncini LEGO Technic per un'ampia varietà di modelli

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34 Makeblock - mBot Scheda di controllo “mCore” compatibile con Arduino Uno Sensori: distanza ad ultrasuoni, seguilinea, luminosità, pulsante Ricetrasmettitore a infrarossi con telecomando Modulo per comunicazioni (Bluetooth o 2.4G wireless serial) 2 motori elettrici, buzzer, 2 LED Telaio in alluminio compatibile con accessori Makeblock (in parte con componenti Lego)

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36 Makeblock: mBot

37 Makeblock: mBot

38 Makeblock: mBot

39 mBot: Bluetooth e 2.4G

40 Makeblock: mBot Robot educativo di basso costo Software gratuito Versione 2.4G: 79,99 + IVA (22%) = 97,59 € (Campustore) Versione Bluetooth: 69,00 + IVA (22%) = 84,18 € (Campustore) 57,37 + IVA (22%) = 69,99 € (Amazon)

41 Altre proposte commerciali Fischertechnik Info su CampustoreCampustore Meccano Info su RobotikoRobotiko Aldebaran NAO, info su Campustore NAOCampustore Pepper, info su RobotikoRobotiko Romeo

42 Montare il robot? Vantaggi Suscita interesse ed entusiasmo Grazie all’azione dello studente l’oggetto prende forma Svantaggi Rapporto ottimale di 2 a 1 tra studenti e robot  Costi elevati Tempi variabili tra i diversi gruppi Richiede frequenti interventi dell’insegnante Rischio di perdere alcuni componenti

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44 Arduino Piattaforma hardware composta da schede elettroniche di piccole dimensioni dotate di un microcontrollore programmabile e circuiti di interfaccia Utilizzata per scopi didattici e hobbistici, ma anche da industrie per la progettazione Adatta per interagire con il mondo esterno tramite sensori e attuatori Sviluppata presso l'Interaction Design Institute, un istituto di formazione post-dottorale con sede a Ivrea, fondato da Olivetti e Telecom Italia

45 Arduino Gli schemi circuitali sono liberi: visionabili da tutti possono essere modificati e migliorati da chiunque voglia contribuire allo sviluppo Software Open Source e liberamente modi- ficabile Utile per creare prototipi in molte applica- zioni, soprattutto nell’ambito dell’automa- zione e della robotica

mBot e Arduino 46 Arduino UnoMakeblock - mCore

Controllo e Programmazione 47

Tastiera e display Non è necessario usare un computer Limitate possibilità di controllo e programmazione Uso occasionale Pochi i sistemi che dispongono di tastiera e display Esempi: Lego Mindstorm Fischertechnik TXT Controller 48

Tipi di controllo Controllo manuale Telecomando (a infrarossi) PC, Smartphone o Tablet Controllo remoto Il programma principale viene eseguito su PC, tablet o smartphone Il robot è controllato a distanza Controllo diretto Software caricato nella memoria del robot 49

Programmazione Ampia varietà di linguaggi, diversi per il livello di età Ambienti di programmazione prevalentemente grafici: generalmente derivati da Scratch (anche SNAP, Blockly) Per i sistemi basati su Arduino, possibilità di utilizzare Wiring (ambiente di sviluppo) Con Makeblock-mBot si può lavorare sia con mBlock, estensione di Scratch, sia con Wiring 50

mBot: modo Arduino 51