Projetando o futuro com robótica

Na época da faculdade, se seu instrutor dissesse:“Vamos aprender sobre a teoria de controle de modulação por largura de pulso; vá para a página 1.453 do seu livro ”, você poderia fazer isso e provavelmente aprenderia a teoria. Mas e se o seu instrutor dissesse:"Vamos aprender sobre a teoria da modulação por largura de pulso movendo um robô de uma extremidade deste labirinto para a outra o mais rápido possível." Qual opção você escolheria?

Eu escolheria robôs e labirintos qualquer dia. E foi isso que eu fiz. Dois anos atrás, ajudei a Texas Instruments a desenvolver uma série de kits de robótica para a sala de aula da universidade chamado TI Robotics System Learning Kit (TI-RSLK), voltado para o ensino de Sistemas e Aplicativos Embarcados, um curso de graduação comum na maioria dos currículos de engenharia elétrica e de computação.

O objetivo do kit de aprendizagem TI-RSLK é fornecer uma experiência prática enquanto desenvolve proficiência na integração dos componentes de hardware e software que constituem qualquer sistema eletrônico.

Enquanto no processo de desenvolvimento do kit, eu me perguntei se seria possível fazer um trabalho melhor explicando sistemas complexos e conceitos de engenharia de uma forma que pudesse deixar os alunos animados para aprender e explorar - talvez até mesmo ajudá-los a conectar as teorias aprendidas no sala de aula para experiências práticas. Posso fazer isso de uma forma divertida e interativa?
Veja também:
Conectando-se ao desenvolvimento de robótica
O kit mais recente vem com o kit de desenvolvimento do microcontrolador SimpleLink ™ MSP432P401R LaunchPad ™, sensores infravermelhos de linha e bump, uma placa de chassi TI-RSLK, um currículo abrangente gratuito dividido em 20 módulos (incluindo códigos de inicialização, atividades práticas e laboratórios) e mais.

Com o TI-RSLK, os alunos aprendem conceitos básicos de engenharia construindo e testando um robô que pode resolver tarefas ou desafios complexos - qualquer coisa, desde explorar um labirinto (Figura 1), correr autonomamente, encontrar um objeto, navegar por um obstáculo ou seguindo uma linha. Além disso, os alunos podem explorar conceitos mais avançados, como a compreensão dos protocolos de comunicação Wi-Fi® enquanto trabalham com os desafios que incluem a comunicação robô-para-robô ou controlar o robô por meio de Wi-Fi e até mesmo Bluetooth®.

Figura 1:Um estudante de engenharia testa o TI-RSLK em um labirinto (Fonte:Texas Instruments)

A equipe da TI University teve a oportunidade de trabalhar lado a lado com Jon Valvano, um educador de sistemas embarcados de longa data da Universidade do Texas, para desenvolver o kit e o currículo. Depois de conhecê-lo, aprendi que ele certamente tem muita paixão em querer melhorar as habilidades de aprendizagem dos alunos e passa muitas horas fora da sala de aula ajudando os alunos a resolver problemas. Além disso, ele dá sua aula usando ferramentas de hardware e software padrão da indústria, fornecendo um caminho de aprendizagem relevante para a integração de sistemas. O tipo de colaboração entre Jon Valvano e seus alunos contribui para uma educação eficaz e, esperançosamente, melhores engenheiros para o mundo.

A integração eficaz do sistema e o “pensamento do sistema” são importantes para a solução de problemas no setor de engenharia. As escolhas que os engenheiros fazem durante a seleção e design de hardware e software afetarão, em última instância, a eficácia de suas soluções. Há uma habilidade fundamental que os funcionários de alta tecnologia precisam hoje, independentemente da função do trabalho:a capacidade de ver um problema inteiro, analisá-lo e resolvê-lo. Para os engenheiros e o processo de engenharia, o que antes eram elementos autônomos do ciclo de design - tecnologias, funções e designers - agora são interdisciplinares, envolvendo equipes de desenvolvimento que devem entregar produtos altamente sofisticados. E para fazer isso, os engenheiros devem ser pensadores de sistemas que possam compreender conceitos complexos de engenharia em várias disciplinas e produtos para resolver problemas de projeto multifacetados.

A abordagem educacional usada no TI-RSLK permite que os alunos aprendam os "porquês" da engenharia, em vez de apenas aprenderem os "comos". Esta abordagem ajuda os alunos a entender o que acontece quando o robô não funciona, por exemplo, incluindo como passar pelo processo de depuração para eliminar todos os possíveis motivos. O que a equipe da Universidade de TI vê ocorrendo nas salas de aula de hoje são os alunos parando em seu aprendizado ou ficando frustrados porque seu código quebra ou sua solução não funciona - e eles não sabem como consertar. Então, eles desistem e passam para coisas que entendem ... ou pior, se estão no início de sua carreira de engenheiro, desistem de vez da engenharia.

Eu vi em primeira mão como os robôs mantêm os alunos envolvidos, mas também estimulam sua criatividade. No verão passado, a TI permitiu que seus estagiários testassem o TI-RSLK em uma minicompetição. Os alunos podem encontrar soluções para fazer seus robôs completarem um desafio de labirinto mais rapidamente ou com mais precisão, ou podem entrar na categoria "criativa" para enviar robôs com aplicativos divertidos. Meu favorito pessoal foi o projeto que usou o TI-RSLK para fazer um jogo de lata de lixo móvel. O robô anotou a pontuação enquanto você atirava na lata, enquanto vagava para um desafio adicional. Adoro saber que os alunos aprenderam os conceitos básicos de engenharia enquanto se divertem criando seu próprio aplicativo exclusivo.

O pensamento sistêmico e o aprendizado prático são essenciais para educar os futuros engenheiros. Quando você combina esse pensamento com uma experiência de aprendizagem que envolve educação relevante, desenvolvida em colaboração com especialistas da indústria e acadêmicos, é uma situação ganha-ganha para todos. Ainda mais emocionante é que, uma vez que os alunos entendam como usar o conhecimento prático junto com sua criatividade e imaginação para encontrar soluções para os problemas de engenharia de hoje, as possibilidades do que eles podem fazer são infinitas.