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Actividade Experimental 1 - Área da robótica

A observação de robôs móveis, autónomos, no desempenho de uma actividade qualquer é sempre um motivo de grande interesse, em qualquer idade. Nos jovens, quando se pode aliar à observação o desenvolvimento dos próprios robôs, há uma motivação acrescida, pelo esforço realizado na criação de algo novo e com um comportamento autónomo.

Considera-se assim que projectos de desenvolvimento de robôs móveis são um meio extremamente eficaz de aproximar e captar jovens para actividades na área das ciências, em particular, para as engenharias e tecnologias de informação.

Propõe-se aqui a criação de núcleos de projecto em escolas secundárias, para o desenvolvimento de robôs móveis. O formato será bastante flexível, de modo a poder motivar desde o aluno normal ou até com algumas dificuldades, até aos alunos excepcionais, tendo em conta também os recursos que a Escola possa disponibilizar para essa actividade. Prevê-se assim a elaboração de um conjunto de protótipos para problemas tipo, a sugerir, que podem ir desde a construção de robôs baseados em “kits”, com um suporte ao utilizador bastante amigável (por exemplo, Lego Mindstorms), até robôs construídos de raiz, capazes de concorrer em eventos do tipo Eurobot (http://www.eurobot.org/) ou o Festival Nacional de Robótica (http://robotics.dem.uc.pt/web/).

O DI-FCUL funcionará como um pivô destas actividades, organizando eventos com a participação conjunta das escolas, e apoiando os docentes envolvidos directamente na actividade, por parte de cada escola. Este projecto está previsto para, após o seu lançamento, poder ter um funcionamento continuado, ao longo dos anos.

Actividades previstas

Serão feitas reuniões com os responsáveis pelo projecto ao nível de cada escola, para a definição de um programa de trabalho comum que cubra razoavelmente todo o ano lectivo, minorando os conflitos com o calendário das actividades lectivas regulares.

O DI-FCUL organizará sessões de apresentação das tecnologias envolvidas e de algumas soluções típicas, onde se reúnam todos os alunos participantes em todas as escolas envolvidas. Estas sessões poderão ter lugar quer na FCUL, quer nas diversas escolas, de modo a promover um intercâmbio que é, de outro modo, muito limitado ou inexistente. Serão apresentadas tecnologias de sensores para robôs móveis, locomoção, morfologia e interacção com o ambiente, bem como arquitecturas de processamento.

Ao nível das escolas deverão ser calendarizadas sessões regulares, de preferência semanais, em que os alunos possam desenvolver experiências e projectos para esta área de actividade.

Deverá ser desenvolvida e mantida, pelo DI-FCUL uma página na internet, do tipo portal, para alojar os conteúdos relevantes (documentos e apontadores para outros sítios relevantes) e permitir uma troca aberta de informação entre todos os participantes. Este portal poderá ter satélites ao nível de cada escola, em função das respectivas capacidades e interesses.

Procedimentos experimentais previstos

Esta actividade deve ter uma forte componente prática e experimental. É fundamental que os alunos tenham acesso a equipamento para construção, programação e teste de robôs móveis. Será fomentado um ciclo de projecto-construção-teste curto, de modo a tornar viável uma experimentação fácil. Assim o aluno pode constatar directamente a validade das ideias que produz e ganhar sensibilidade às potencialidades dos robôs móveis, muito distantes da perspectiva antropomórfica que nos é comum, por natureza. O aluno e respectivos colegas serão os principais avaliadores do seu próprio trabalho. É uma abordagem diferente da usual na aula típica em que o docente, normalmente, é o responsável por essa tarefa. Serão definidos objectivos, para o desenvolvimento de protótipos, de comum acordo entre os alunos e o coordenador da actividade e, a partir daí, serão os própriosalunos os principais avaliadores do estado de progresso e do sucesso do seu protótipo.

Numa primeira fase do ano lectivo, a experimentação deve ser mais livre, sobretudo para os alunos que frequentam a actividade pela primeira vez, para poderem ganhar sensibilidade por experiência própria a uma tecnologia que lhes é nova.Posteriormente deverão ser definidos objectivos mais concretos,para a construção de um protótipo que poderá ocupar váriassemanas de trabalho (projecto desenvolvimento e teste). Nesta fase deve incentivar-se uma partição em diferentes subsistemas do protótipo. Será mais fácil, assim, ver pequenos progressosparciais e aborda-se uma questão também importante saber resolver na actividade científica, que é a de integração de sub-sistemas num sistema final único.

Recursos necessários

Os recursos necessários vão depender da quantidade de escolas e alunos envolvidos. Faz-se em seguida uma estimativa, por grupo de trabalho, sendo que o escalamento de custos deve ser aproximadamente linear com o número de grupos.

Considera-se como grupo de trabalho um conjunto de 4 alunos. Para este tipo de actividades, extra-curricular e com um forte pendor experimental, este número não parece excessivo e permite envolver mais alunos, com alguma contenção de custos.

A estimativa das necessidades, por grupo de trabalho, é a seguinte:

  • 1 robô (tipo Lego Mindstorms com bastantes acessórios, sensores, motores, etc., ou material para construção de robôs)
  • 1 computador portátil, tipo PC Material diverso (para construção de obstáculos, cenários,objectos a manipula, etc.)

Em cada escola deverá ainda haver:

  • 1 sala dedicada às actividades da robótica móvel, ou partilhada, mas com um espaço próprio para estas actividades
  • 1 computador portátil, para uso do coordenador da actividade
  • 1 rede local com acesso à internet (já deve ser corrente em todas as escolas)

Para além dos itens acima descritos, necessários para o arranque, haverá ainda a necessidade de prever verbas anuais para a manutenção e a renovação de materiais.

Em virtude do carácter “móvel” da actividade, julga-se ser preferível que o computador de suporte a cada grupo seja portátil, para facilitar a deslocação, quer local, quer a outras instalações, para testes, demonstrações ou competições, se for este o caso. O custo de portáteis actualmente já quase não se diferencia de computadores de secretária e o decréscimo de capacidades do computador que envolve (para um mesmo preço) não é importante para esta actividade.

As verbas previstas para material diverso nunca são em excesso, porque há sempre necessidade de construção de novos componentes para o ambiente de trabalho, de sensoresou actuadores específicos para um protótipo, etc. Prevemos ainda a necessidade de custear as deslocações dos participantes. Esta não deve ser uma actividade para ficar intramuros na escola, mas bem pelo contrário, deve servir de motor de intercâmbio e divulgação da escola. Em particular, o núcleo de escolas em torno deste projecto, coordenado pelo DI-FCUL, deve poder reunir com frequência os participantes.

Actividade Experimental 2 - Simulação de Agentes Inteligentes

Esta actividade tem como objectivo motivar o desenvolvimento de agentes inteligentes e autónomos que evoluem de um modo não assistido num ambiente simulado. Estes agentes são definidos como pequeno robôs, com sensores e actuadores, possuindo um cérebro inteligente que determina em cada momento a acção a tomar face aquilo que é percepcionado.

Este ambiente de simulação e desenvolvimento permite vários níveis de construção: ·Definição do cenário de simulação - O “mundo” onde os agentes evoluem é definido pelo utilizador, desde a localização dos obstáculos até ao posicionamento dos agentes.· A arquitectura física dos agentes – Estão disponíveis um conjunto de sensores e actuadores que podem ser compostos para definir o agente. Por exemplo, podemos ter uma agente com visão e sonar, e outro que apenas tem um sensor de infravermelhos. ·A arquitectura mental dos agentes – Elaboração de programas que façam a “ponte” entre aquilo que o agente percepciona e as acções que vai executar.

Actividades previstas

Para esta actividade experimental estão previstas actividades semelhantes às descritas para a actividade experimental 1, adaptadas ao contexto dos agentes inteligentes.

As tarefas a desenvolver passam pelo desenvolvimento de comportamentos a associar a cada entidade, e verificação através da simulação do modo como a interacção pode levar ao emergir de comportamentos mais complexos não previstos inicialmente. Um exemplo clássico é o surgimento de comportamentos de bando ou cardume observado em animais. Estes comportamentos, aparentemente complexos, podem ser obtidos através de um pequeno conjunto de regras que não evidenciam o resultado final.

Esta actividade está preparada para abranger desde níveis básicos recorrendo a linguagens simples (com blocos prédefinidos que é preciso compor), até níveis mais avançados onde os alunos podem actuar directamente e desenvolver novas capacidades.

Recursos necessários

A base de todo o sistema é software opensource, sem custos de utilização.

Dependendo dos recursos existentes em cada escola, pode ser necessário reservar algumas máquinas para o desenvolvimento, controle e simulação para realizar as experiências. Todo o sistema pode ser montado em plataformas Pentium IV com Linux.

Podemos observar alguns resultados preliminares em http://ai.di.fc.ul.pt/projects.

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