¿Es un insecto?...¡No! Es un Butiá

Introducción

El proyecto está dirigido a estudiantes de nivel escolar, más precisamente 5to y 6to de primaria. Se ha planificado con el objetivo de ser uno de los primeros proyectos del área robótica a ser llevado a cabo por dichos estudiantes.

Primero se buscará que el Robot Butiá se mueva hacia la luz (seguidor de luz), de forma que el Butiá se comporte como una polilla moviéndose hacia una luz brillante generada por una linterna. Se buscará agregar complejidad al movimiento autónomo del robot. El Butiá deberá esquivar posibles objetos en el camino hacia la luz.Y por último, se plantean preguntas disparadoras que inviten a la reflexión de los estudiantes.

Para más información que la expuesta en esta página recomendamos leer Archivo:¿Es un insecto ....¡NO! Es un Butiá.pdf

Materiales

• Kit Robótico Butia con: 2 sensores de luz y un sensor de distancia.
• Cartulina o cartón.
• XO/pc con TurtleBots y el Plugin de Butia.
• Acceso a los videos tutoriales y el pdf que acompañan esta página.
• Conectividad a internet/libros de ciencias sobre insectos, para poder realizar la investigación correspondiente.
• Una linterna.
• Distintos objetos que simulen ser obstáculos.

Fototaxia

Los tropismos o taxias son los comportamientos de los seres vivos al recibir estímulos exteriores que conllevan un cambio de postura o movimiento como respuesta.

La fototaxis es una reacción de orientación de los organismos como respuesta a un estímulo luminoso. Involucra un movimiento o cambio de postura que se realiza como respuesta a la luz. Si el movimiento se realiza hacia la luz se denomina fototaxia positiva. Hace referencia a una atracción de los organismos por la luz. Existen varios seres vivos como los girasoles, o polillas que son considerados como lucífugos. Si el movimiento o crecimiento es en contra del estimulo luminoso, se llama fototropismo negativo.

Kit robótico Butiá

El kit, cuenta con dispositivos de sensado y actuación, una plataforma con ruedas, lugar para conectar dichos dispositivos y piezas para permitr colocar los dispositivos en diferentes posiciones sobre la plataforma, con el fin de adaptar el robot a las necesidades de una gama variada de problemas que podría resolver.

El robot Butiá 2.0 dispone de un conjunto de sensores básicos, sencillos de utilizar. Los sensores son los elementos del robot que sirven para brindarle información sobre el entorno en el que se encuentra, de forma análoga a los sentidos para un animal.

La placa USB4Butiá, dispone de 6 puertos RJ45 (los puertos idénticos a los que conectamos internet cableado a una pc), que están enumerados del 1 al 6 en el chasis. Estos puertos permiten conectar hasta 6 sensores (cualquiera del kit) de forma simultánea

TurtleBots

En TurtleBots escribir un programa implica encastrar bloques, ¨uno encima del otro¨, y colocarlos en el área celeste dentro del bloque empezar. TurtleBots agrupa funcionalidades similares en paletas que son los conjuntos de bloques de fondo amarillo, a los cuales se puede acceder presionando los botones que se encuentran en la barra superior de color negro. La paleta Butiá contiene los bloques básicos que sirven para controlar al robot Butiá 2.0 y sus sensores.

Al conectar el robot Butiá a la computadora, los bloques se volverán de color verde, indicando que se le pueden enviar esas órdenes al robot. Asimismo, los sensores disponibles también se colorean en verde.

Brevemente, las funcionalidades básicas del robot son: adelante Butiá: permite al robot desplazarse hacia adelante. Análogo: atrás Butiá. izquierda Butiá: el robot gira sobre sí mismo hacia la izquierda. Análogo: derecha Butiá. detener Butiá: detiene los motores. velocidad Butiá: asigna la velocidad (de 0 a 1023) de ambos motores.  mover Butiá: asigna la velocidad (de 0 a 1023) de forma independiente para cada motor.

Calibración de sensores

Se recomienda acceder al siguiente video tutorial: ¿Es un insecto?....¡No! Es un Butiá (Parte 1/3)

Los sensores, a través de la información recolectada sobre el entorno, determinarán qué  instrucciones serán ejecutadas en el programa que da autonomía al robot Butiá. A modo de garantizar el correcto funcionamiento de los sensores y para poder realizar correctamente las actividades pautadas con el robot, es recomendable calibrar los sensores a utilizar. Se debe tener en cuenta que cada sensor tiene su propio umbral, el cual puede variar según el material del piso, la luz del entorno, el reflejo, etc. Asimismo, 2 dispositivos que sensen lo mismo pueden retornar una lectura distinta bajo las mismas condiciones ambientales.

Por lo tanto:

• se debe calibrar cada uno de los sensores a utilizar
• se debe definir un umbral para cada sensor.

El sensor de luz mide la intensidad de la luz, retornando un valor entre 0 (oscuridad) y 65535 (intensidad de luz máxima),

Para probar el sensor de luz se debe ejecutar un programa e iluminar el sensor (por ejemplo con una linterna) y corroborar que devuelve valores elevados, luego taparlo y corroborar que los valores de retorno son bajos.

El sensor de distancia retorna una noción de distancia del objeto al que apunta, comprendido por valores entre 0 y 65535. Los valores retornados crecerán a medida que alejemos al sensor del objeto.

Si colocamos un objeto pegado al sensor de distancia no va a retornar 0. Existe un punto cercano al sensor en el cual a partir de dicho punto retorna valores aleatorios porque ya no está midiendo correctamente. Por otro lado, lejos del sensor existe un punto en el cual a partir de allí, el sensor devuelve valores cercanos a 65535 porque el objeto próximo está demasiado lejos.

Para probar el sensor de distancia podemos alejar y acercar un objeto (preferentemente de superficie plana) para corroborar que los valores que retorna crecen y decrecen respectivamente.

En la siguiente imagen se puede visualizar un programa que permite calibrar el sensor de luz. Modificando el sensor utilizado ¨luz:Butia¨, por ¨distancia:Butia¨se calibra el sensor de distancia.

Etapa 1: Seguidor de luz

Se recomienda complementar el contenido de esta sección con el del video: ¿Es un insecto?....¡No! Es un Butiá (Parte 2/3)

Para que el robot pueda detectar la luz de la linterna utilizará sus “ojos”. Los dispositivos que logran brindar esta funcionalidad al robot son los sensores de luz proporcionados por el Kit Robótico Butiá.

Luego de calibrar ambos sensores de luz, comenzaremos a trabajar en el código del programa. A partir del sensado necesitaremos un comparador para definir cuando el robot está en presencia de una linterna y cuando no, así podremos definir el umbral en el cual nuestro robot diferenciara la luz.

Recordemos que se define un umbral independiente para cada dispositivo de sensado. 

El funcionamiento de este robot es muy sencillo, con condiciones lógicas se identifica la presencia de la luz de la linterna. Después de detectar la luz e identificar el sensor que la ¨visualiza¨, se necesitará mover los motores del Butiá para que el robot pueda desplazarse en dirección a la luz detectada.

Las acciones de sensar, evaluar y en función de la evaluación decidir si hay desplazamiento o no, se repiten constantemente como consecuencia de la estructura ¨Para Siempre¨ que engloba dichas instrucciones.

Etapa 2: Esquivador de Objetos

Sugerimos acceder al video tutorial: ¿Es un insecto?....¡No! Es un Butiá (Parte 3/3)

Partiendo del código trabajado en la etapa 1, se hacen las modificaciones necesarias para conseguir el objetivo de esquivar los objetos que se interponen en el camino del robot Butiá.

El robot Butiá debe avanzar, pero si en frente aparece un obstáculo, debe esquivarlo y seguir avanzando en otra dirección siguiendo la luz de la linterna. Para poder implementar esta nueva funcionalidad, utilizaremos un sensor de distancia provisto por el Kit Robótico Butiá.

Nuevamente, luego de calibrar el sensor de distancia, trabajaremos en el código del programa. Se debe definir una distancia hacia cualquier objeto con la cual el robot debe tomar la decisión de esquivar luego de identificarlo en su camino.

Actividades de cierre

Se sugiere plantear distintos tipos de preguntas acerca del contenido del proyecto, la experiencia y del aprendizaje como tal. Está didáctica permite conocer mucho más a los estudiantes y pensar en posibles proyectos vinculados a la robótica educativa a futuro. Además, para los alumnos es clave, ya que tienen el tiempo de “aterrizar” los contenidos aprendidos, pensar acerca de las dificultades que tuvieron y reflexionar acerca de los logros alcanzados para concluir el proyecto. También se puede proponer realizar un "disfraz" de polilla para el robot como actividad más recreativa.

A continuación se brindan ejemplos de posibles preguntas:

• ¿Cómo te has sentido con la actividad realizada? ¿Te gustaría desarrollar más proyectos de este tipo?
• ¿Te imaginas estudiando o trabajando con robots el dia de mañana?
• ¿La capacidad del Butiá de comportarse de manera autónoma significa que el robot está vivo?
• Existen insectos, como las cucarachas, que huyen de la luz. ¿Cómo modificarías el proyecto para que el Butiá se comporte como una cucaracha?