APRENDIZAGEM POR PROJETOS EM ROBÓTICA EDUCACIONAL PARA ENSINO FUNDAMENTAL I

Capítulo 2 - Protótipos de robôs: O que são e como são constituídos.

Luís Rogério da Silva

DEFINIÇÃO DE ROBÔS

• Um robô é um sistema autônomo que existe no mundo físico, pode sentir o seu ambiente pode agir sobre ele para alcançar alguns objetivos (MATARIC, 2014, p. 41).
• Um robô é uma configuração física, mecânica, eletroeletrônica e computacional estabelecida para desempenhar uma missão, de forma autônoma, em um cenário pré-estabelecido. Esta configuração é documentada e replicável (SILVA, 2018).

QUESTÕES FILOSÓFICAS

• Algumas questões filosóficas podem ser formuladas a partir da definição dada aos robôs e das suas aplicações práticas já notadas no nosso cotidiano. Perguntas, tanto epistemológicas sobre a robótica e a abrangência da sua área de conhecimento quanto éticas, dentre outras, exigem uma constante reflexão de cientistas e professores, aliás de todos os cidadãos.

A AUTONOMIA

• A questão da autonomia ultrapassa a mera escolha de critérios que possam estabelecer o quão independente é o robô (agente) para realizar a sua atuação no cenário. Alguns fatos elencados abaixo podem mostrar o quão complexa é a avaliação da autonomia:
• Cumprir a missão não distingue o grau de autonomia: O nível de conhecimento prévio do cenário (ambiente) e se este cenário é estático ou não, pode, eventualmente fazer considerar tão autônomo um robô menos apto a fatos novos que outro desenvolvido para se adaptar a variações do ambiente ou surgimento de elementos previamente desconhecidos.
• A evolução da IA compromete os parâmetros estabelecidos, por obsolescência: O que se concebe como efetivamente possível hoje será menos abrangente do que será possível amanhã.

A AUTONOMIA

• Exemplo 1 Veículos Autônomos:
• Para os carros, desde 2019, considera-se que existem seis níveis de autonomia veicular, são: 0. Nenhuma autonomia, 1. Autonomia limitada I , 2. Autonomia limitada II, 3. Autonomia condicional, 4. Alto nível de autonomia e 5. Autonomia total. Todas definidas e especificadas pela norma SAE J3016.
• Já em 2016, a NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration), órgão que regula os padrões adotados por meios de transporte nos Estados Unidos, adotou uma escala de cinco níveis para identificar – e, consequentemente, regular – o nível de autonomia em veículos: 0. Não automação, 1. Autonomia Específica ou Direção assisitida, 2. Automação Combinada de Funções ou Direção Autônoma Ocasional, 3. Direção autônoma limitada, 4. Direção autônoma completa.

A CIDADANIA

• Exemplo 2 Robô Sophia:
• A Arábia Saudita é o primeiro país a conceder cidadania a um robô. Tal fato ocorreu em outubro de 2017, em Riad, capital saudita, quando Sophia foi agraciada com o título enquanto participava de um evento sobre inovação. Sophia ainda não tem as características complexas de uma inteligência artificial considerada forte. Ver mais aqui.
• A chinesa Hanson Robotics, empresa por trás do robô dirigido por inteligência artificial (IA), anunciou que planeja produzir em massa quatro modelos, incluindo Sophia, até o final de 2021. Ver mais aqui.
• Atualmente, a empresa produz o modelo Little Sophia para crianças.

A AUTORIA

• Exemplo 3 Dabus:
• Dois professores da Universidade de Surrey (Inglaterra) iniciaram um processo que pode revolucionar o futuro da atribuição de patentes: a de que mecanismos de Inteligência Artificial possam ser reconhecidos como inventores de patentes.

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• Alguns acadêmicos da Universidade estão tentando registrar a IA Dabus como o inventor do design de um sistema de potes de comida interconectados de modo a facilitar o manuseio por robôs, além de uma luz de alerta que pisca em um ritmo que é impossível de ser ignorado por humanos. Ver mais aqui.
• Os escritórios de patentes da União Europeia (IEP) e do Reino Unido (UKIPO) já negaram os pedidos1, entendendo que apenas pessoa física pode ser identificada como inventora. Ver mais aqui.

A UBIQUIDADE

• Além da autonomia crescente, a computação ubíqua e a capacidade de replicação podem fazer as máquinas prevalecerem no ambiente terrestre?
• O termo Computação Ubíqua foi originalmente cunhado por Mark Weiser em 1991, no seu artigo "O Computador para o século XXI“, para se referir a dispositivos conectados em todos os lugares de forma tão transparente para o ser humano que não serão perceptíveis.
• O efeito de ganho de produtividade para a economia por conta do uso dos robôs é estimado em muitos trabalhos que analisam a perspectiva futura dos empregos. Ver, por exemplo, FORD, Martin. Os robôs e o futuro dos empregos. Para este autor, o taxa de desemprego será crescente com o incremento do uso de robôs, tornando-se efetivamente estrutural.

AS PARTES E OS COMPONENTES DE UM ROBÔ

• Consideraremos partes ou sistemas os módulos que agregam componentes para servir com uma função preponderante para o organismo robótico, enquanto que os componentes são os integrantes constituintes destas partes ou sistemas.

AS PARTES DE UM ROBÔ

• Essencialmente um robô é a integração de módulo(s) sensor(es) com módulo(s) atuador(es) por intermédio de módulo(s) controlador(es). Estas partes podem estar interconectadas por cabos ou por comunicação sem cabos como WiFi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, dentre outros tipos.
• Uma garra, por exemplo, é um atuador, composto por componentes mecânico estruturais, motores, podendo inclusive ter acoplado um módulo sensor, como no caso do robô SPOT MINI da Boston Dynamics

NA PRÁTICA

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• Assista ao vídeo de atuação deste robô, descreva o cenário, a missão e enumere as partes que conseguir distinguir.
• VÍDEO

OS COMPONENTES DE UM ROBÔ

• Os componentes são todas as peças mecânico estruturais elétricas e eletrônicas capazes de serem integradas em módulos funcionais dando-lhes as especificações técnicas que caracterizam estes módulos quando em operação (por exemplo, tensão nominal, torque, corrente nominal, capacidade de carga, carga máxima de sustentação, capacidade de memória, capacidade de processamento etc).

NA PRÁTICA

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• Assista aos vídeos de atuação deste robô e enumere as partes do robô. A seguir, liste os componentes/peças de cada parte.
• VÍDEO1
• VÍDEO2
• VÍDEO3

ESTRUTURA OU ÁRVORE DO PRODUTO: A ARQUITETURA DO PROTÓTIPO DE ROBÔ

• Um produto é constituído por diversos componentes físicos que atuam com recursos específicos para realizar determinada função
• A arquitetura do produto descreve como estes componentes são integrados em partes funcionais e como essas partes interagem entre si (funcionalmente) e podem ser descritas pelas especificações técnicas que apresentam em operação.
• A estrutura ou árvore do produto descreve a miúde o produto pelas suas unidades constitutivas e suas interconexões, partindo da organização mais simples para a mais complexa.

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NA PRÁTICA

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• Assista aos vídeos de atuação deste robô. Com as partes do robô e seus componentes já discrimidos, elabore uma árvore deste produto.
• VÍDEO1
• VÍDEO2
• VÍDEO3

�CRONOGRAMA DE AULAS �

• Aula 1 Conceitos básicos de gerenciamento de projetos. 2 horas.
• Aula 2 Protótipos de robôs: O que são e como são constituídos. 2 horas.
• Aula 3 Desafios educacionais para protótipos de robôs. 2 horas.
• Aula 4 O plano pedagógico. 2 horas.
• Aula 5 Avaliação e monitoramento. 2 horas.
• Aula 6 Outras Metodologias ativas envolvidas em Aprendizagem por Projetos // Início do Projeto Exemplo. 2 horas.
• Aula 7 O eixo temporal do plano pedagógico e da execução do projeto // Estrutura pedagógica e Estrutura Analítica de Projetos. 2 horas.
• Aula 8 Os vários módulos de um protótipo de robô // Árvore de Produto. 2 horas.
• Aula 9 O desafio proposto para a solução por parte do protótipo. // Os saberes dos alunos e as competências do robô. 2 horas.
• Aula 10 Os problemas para solução por parte dos alunos. // Como avaliar alunos e o projeto? Aproveitamento do projeto para consolidação de conceitos de matemática e ciências. 2 horas.

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